Magnetic Nanoparticles for the Synthesis of Pharmaceutically Important Molecules.

In recent years, the scientific community has been concerned with the development of ecofriendly strategies in several fields, including catalysis. Many studies have been performed that focus on the use of the special properties of ferrite nanoparticles. As a support, the small size of these particles allows their thorough dispersion in the reaction media, thus nearing the homogeneous environment of a soluble catalyst. At the same time, their magnetic properties allow easy recovery of the catalyst at the end of the reaction. The synthesis of magnetic nanoparticles (MNPs) described in this work used a coprecipitation method that exhibited reproducibility because several parameters were controlled, such as temperature, pH, and component addition. In particular, owing to the possibility of aggregation, protection of the nanoparticles was carried out. Several acids described in the literature were examined, but owing to the possibility of improved catalytic properties, the MNPs were functionalized with 10-bromodecylphosphonic acid (protective layer), which bears a halogen in the omega-position to allow further modification. The important feature of this work was demonstrated by several attempts to immobilize phenanthroline (4-MePhen and 4-OH-Phen) on the protective layer, and the success of these developed strategies is discussed. Immobilization was verified by IR spectroscopy following the formation of new complexes with molybdenum hexacarbonyl Mo(CO)6. Pd(OAc)2 was then coordinated to phenanthroline immobilized on the protective layer, and finally catalytic tests were performed for strategic reactions that are interesting from the pharmaceutical point of the view, such as carbonylation and reductive cyclization reaction of o-nitrostyrenes to give indoles. The catalysis results obtained by employing these strategies were encouraging, but the recycling process was problematic, probably due to metal leaching during catalysis. Oxidative Heck reactions were also performed using MNPs developed using these strategies. The results demonstrated the importance of tests in the homogeneous phase, which allowed the use of the best conditions with MNPs. Owing to the reagent employed (styrene), the catalysis results suggested the possibility of polymerization of the latter and so future investigations are needed.

Negli ultimi anni, la comunità scientifica si è interessata allo sviluppo di strategie ecofriendly in vari settori, tra cui la catalisi. Molti studi sono stati focalizzati sull’impiego delle particolari proprietà delle nanoparticelle di ferrite. Tra queste c’è quella di poter fungere da supporto per catalizzatori a singolo atomo. La piccola dimensione di queste particelle permette la loro dispersione completa nel mezzo di reazione, come avverrebbe per un catalizzatore omogeneo. Allo stesso tempo, le loro proprietà magnetiche permettono un facile recupero del catalizzatore al termine della reazione. La sintesi delle nanoparticelle di ferrite descritte in questo lavoro è stata effettuata utilizzato il metodo della coprecipitazione e i risultati sono stati resi riproducibili controllando l’influenza di diversi parametri, come la temperatura, il pH della soluzione, e la modalità di aggiunta dei reagenti. In particolare, per evitare l’aggregazione delle nanoparticelle prodotte una volta che si cambia il mezzo di reazione, queste sono state protette con un opportuno composto organico. Numerosi acidi descritti in letteratura sono stati esaminati, ma quello che si è rivelato più efficace e versatile per una ulteriore funzionalizzazione è stato l’acido 10-bromofosfonico, che porta un alogeno nella posizione omega. Una parte importante di questo lavoro è stata costituita dallo studio di diverse strategie per immobilizzare un legante fenantrolinico (utilizzando la 4-metil-1,10-fenantrolina o la 4-idrossi-1,10-fenantrolina come reagenti) sullo strato protettivo di acido fosfonico. L’efficacia di queste strategie è stata investigata generando i corrispondenti complessi del tipo Mo(CO)4(Phen-X) per reazione con Mo(CO)6 e investigandoli mediante spettroscopia IR. Le fenantroline immobilizzate sono state quindi utilizzate per legare il Pd(OAc)2 e i complessi così ottenuti sono stati impiegati come catalizzatori per reazioni di importanza strategica per la chimica farmaceutica, come la ciclizzazione riduttiva di nitrostireni da parte di ossido di carbonio a dare indoli. I risultati catalitici ottenuti impiegando questa strategia sono incoraggianti, ma il processo di riciclo si è dimostrato essere poco efficiente, probabilmente a causa della parziale perdita del palladio durante la reazione catalitica. Per limitare le perdite di palladio in soluzione, si è scelto di investigare una classe di reazioni che avvenga in condizioni più blande, le Heck ossidative. I risultati hanno dimostrato l'importanza di effettuare prima dei test in fase omogenea, che hanno permesso l'identificazione delle migliori condizioni catalitiche da provare con le nanoparticelle magnetiche. I risultati hanno mostrato che ci sono dei problemi nella reazione ed è stato possibile identificare la principale causa di perdita di selettività nella reazione di polimerizzazione dello stirene impiegato come uno dei reagenti.