Dendrimeros con unidades biferrocenilo

1. Dendrímeros con Unidades Biferrocenilo: Síntesis,
Caracterización y Estudio Electroquímico
Tesis de Máster en Química Inorgánica Molecular
Cornelia Emeritina Peña González
26 de Junio de 2009
Directora: Dra. Beatriz Alonso Garrido

2. Agradecimientos
Esta tesis se realizo en el Departamento de Química Inorgánica de la Universidad Autónoma de
Madrid bajo la dirección de la Dr. Beatriz Alonso Garrido, a quien debo agradecer su gran
apoyo, disponibilidad y confianza en mí, al igual que los conocimientos transmitidos tanto
químicos como personales.
También quiero agradecer a todos los profesores del máster por su esfuerzo y dedicación en
nuestra formación, en especial a la Dr. Carmen Casado por su ayuda y colaboración en la
elaboración de este trabajo.
Agradezco sinceramente a todos mis compañeros pasados y presentes por los buenos momentos
que pasamos juntos y todo lo que aprendimos los unos de los otros.
Por supuesto quiero agradecer a Dios por su infinita misericordia, nada de esto hubiera sido
posible sin ti.
Por último, a toda mi familia que me han apoyado desde el comienzo y sin los cuales no estaría
hoy aquí. A mi madre Altagracia González por su paciencia y a mi segunda madre Carol Peña
González (manita) por enseñarme a controlar mi genio. Y sobre todo a mis abuelitos queridos
Julián González y Eusebia Martínez siempre preocupados por mi bienestar.

3. ÍNDICE
1. Introducción ................................................................................................................ 1
2. Objetivos ...................................................................................................................... 5
3. Resultados y Discusión ............................................................................................... 7
3.1. Estudio Preparativo .............................................................................................. 8
3.1.1. Síntesis de 1,1´-dibromoferroceno.............................................................. 9
3.1.2. Síntesis de 1´,1´´´-dibromobiferroceno ...................................................... 10
3.1.3. Síntesis del acido 1´,1´´´-bisferrocendicarboxilico .................................... 11
3.2. Caracterización Estructural ................................................................................. 12
3.3. Estudio Electroquímico ........................................................................................ 14
3.3.1. Estudio electroquímico del compuesto (1) ................................................. 15
3.3.2. Estudio electroquímico del compuesto (2) ................................................. 16
4. Parte Experimental ..................................................................................................... 19
4.1. Información General ............................................................................................ 20
4.2. Estudio electroquímico ......................................................................................... 20
4.3. Procedimientos Sintéticos ..................................................................................... 21
4.3.1. Preparación de 1,1´-dibromoferroceno...................................................... 21
4.3.2. Preparación de 1´,1´´´-dibromobiferroceno .............................................. 22
4.3.3. Preparación del acido 1´,1´´´-bisferrocendicarboxilico ............................ 23
5. Conclusiones ................................................................................................................ 24
6. Bibliografía .................................................................................................................. 27

4. INTRODUCCIÓN

5. Introducción
Los dendrímeros o árboles moleculares son macromoléculas tridimensionales altamente
ramificadas con arquitectura regular cuyo tamaño, forma y topología pueden ser precisamente
controladas en el proceso de síntesis. Como se muestra en la Figura 1 las moléculas dendríticas
se originan a partir de un centro molecular reactivo que actúa como núcleo inicial de crecimiento
(generación G0) ramificándose generación tras generación.
Las características de los dendrímeros dependen de la naturaleza y topología, tanto del núcleo de
crecimiento, como de los segmentos añadidos en cada generación o unidades de crecimiento. La
posibilidad de elegir y variar adecuadamente el núcleo inicial y las unidades de crecimiento
permite manipular las características estructurales tanto del interior como de la superficie de las
macromoléculas, y de este modo diseñar moléculas discretas de dimensiones nanoscópicas,
controlando la reactividad y propiedades de las mismas.
Los dendrímeros pueden construirse utilizando las denominadas estrategias de síntesis
divergente y síntesis convergente.
En la síntesis divergente el crecimiento se produce mediante etapas repetitivas a partir de un
núcleo central multifuncional, introduciendo reiteradamente nuevos centros de ramificación. Por
el contrario, en la síntesis convergente se construyen las ramas poliméricas funcionalizadas
previamente para unirlas finalmente a un núcleo central polifuncional.
G2
G1
G0 Exterior
Interior
Nucleo
Figura 1. Representación esquemática de una molécula dendrítica.
En los últimos años, la investigación sobre dendrímeros ha evolucionado desde el propósito
inicial en desarrollar procedimientos sintéticos, hacia el interés actual en desarrollar funciones y
aplicaciones específicas. Por esto, la funcionalización de dendrímeros comerciales se ha
convertido actualmente en el centro de atención. (1)
2

6. Introducción
Gracias a sus estructuras monodispersas y altamente ramificadas, los dendrímeros tienen gran
interés como portadores de grupos funcionales. Las moléculas dendríticas ofrecen la posibilidad
de situar los grupos funcionales de interés en posiciones concretas dentro de la estructura
molecular.
En términos muy simples, podemos definir un dendrímero funcionalizado como uno o más
grupos funcionales unidos a una larga masa dendrítica que define la forma, tamaño, y otras
propiedades de la macromolécula. En algunos casos, la masa dendrítica tiene una influencia
pronunciada en las propiedades químicas y físicas del grupo funcional. (2)
Cuando el grupo funcional que se introduce en el dendrímero es un metal, bien sea mediante
enlace organometálico o bien de coordinación, entonces se trata de metalodendrímeros. (3) Debido
a la introducción de especies metálicas los metalodendrímeros poseen novedosas e interesantes
propiedades físicas, ópticas, electroquímicas, fotoquímicas, biológicas y catalíticas.
Los dendrímeros ofrecen la posibilidad única de incorporar centros metálicos con actividad
redox en posiciones concretas dentro de la estructura molecular tanto en la superficie como en el
interior de las estructuras dendríticas. Aprovechando la capacidad de coordinación y la variedad
de estados de oxidación de los metales de transición, y seleccionando debidamente el núcleo
central de crecimiento y las unidades de ramificación, es posible diseñar y construir
macromoléculas dendríticas con unidades organometálicas que tengan aplicaciones específicas.
Debido a su alta estabilidad térmica, su gran resistencia a la luz ultravioleta y a las radiaciones ,
a su conocida reversibilidad en procesos de oxidación-reducción y otro conjunto de propiedades
físicas y químicas, el ferroceno constituye una unidad organometálica muy útil para la
preparación de materiales con propiedades de alto interés científico y tecnológico. (4) (5) Desde el
punto de vista de su reactividad, una de las características fundamentales del ferroceno es que se
comporta como un sistema rico en electrones, debido a la aromaticidad proporcionada por los
anillos de ciclopentadienilo.
Sin duda alguna, la importancia del ferroceno reside en la gran cantidad de variadas aplicaciones
en las que se utilizan derivados de ferroceno (tanto especies monometálicas como polimetálicas)
y, a este respecto, hay que destacar sus aplicaciones en campos tan diversos como la catálisis,
síntesis asimétrica, modificación de electrodos, preparación de biosensores, síntesis de
3

7. Introducción
compuestos con propiedades de óptica no lineal, obtención de cristales líquidos, en medicina
como agente anticancerígeno, etc.
Cuando dos o más unidades de ferroceno se unen para formar sistemas fulvaleno, se espera que
los compuestos formados tengan un mayor interés, ya que la comunicación electrónica
intermetálica da lugar a un mayor rango de nuevas aplicaciones. (6)
Considerando lo expuesto anteriormente, en este trabajo de Tesis de Máster y como continuación
de los estudios anteriores llevados a cabo en nuestro laboratorio sobre dendrímeros
organometálicos, nos propusimos sintetizar y caracterizar nuevas macromoléculas
organometálicas que contengan en su estructura fragmentos organometálicos bimetálicos de
ferroceno. La proximidad física de las unidades de ferroceno, permitirá la comunicación
electrónica entre los centros metálicos de hierro en las diferentes estructuras.
4

8. OBJETIVOS

9. Objetivos
1. El primer objetivo lo constituye la síntesis y caracterización estructural de un fragmento
organometálico que posea unidades de ferroceno electrónicamente comunicadas y un grupo
funcional reactivo, gracias al cual podrá ser incorporado a núcleos polifuncionales.
2. La incorporación de esta unidad organometálica en esqueletos dendríticos basados en
diaminobutano constituye nuestro segundo objetivo.
3. El tercer objetivo de este trabajo de investigación, lo constituye el análisis del
comportamiento electroquímico de los fragmentos organometálicos y de los compuestos
multimetálicos sintetizados.
6

10. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

11. Resultados y Discusión
3.1 Estudio Preparativo.
La síntesis del fragmento organometálico 1´,1´´´-diclorocarbonilbiferroceno (4) y su
incorporación al esqueleto dendrítico de primera generación DAB-dend-(NH2)4 se encuentra
detallada en el Esquema 1.
Esquema 1
Br
Br Fe
(1) BuLi/TMEDA (1) n-BuLi
Fe Fe
(2) CF2Br-CF2Br (2) CuCN/O2
Br Fe
(1)
Br
(2)
(1) n-BuLi
(2) CO2/H+
H2N
O
COOH
NH2
Cl
N Fe
Fe O O
N
H2N
+ 2 Cl Cl
DAB-dend-(NH2 )4 Fe
Fe
NH2 O
HOOC
Cl
(4) (3)
O
O
NH
Fe NH
N Fe
Fe N
NH
Fe
O NH
O
(5)
La preparación de 1´,1´´´-diclorocarbonilbiferroceno requiere la síntesis previa de 1,1´-
dibromoferroceno (1) utilizando ferroceno como producto de partida.
8

12. Resultados y Discusión
3.1.1 Síntesis de 1,1- dibromoferroceno
(7) (8)
Para sintetizar el compuesto 1,1´-dibromoferroceno es necesario preparar previamente el
dilitioferroceno (5-C5H4Li)2Fe, (FcLi2).
Antes de describir esta síntesis nos parece interesante hacer unos breves comentarios acerca de la
misma. La especie dilitiada FcLi2 es conocida desde hace años y debido a la importancia de este
derivado organometálico son muchos los estudios que se han realizado con el fin de encontrar las
condiciones de reacción más adecuadas para su síntesis. (9) (10)
(11)
Esta especie dilitiada de ferroceno es un compuesto pirofórico, y por lo tanto debe ser
manipulada en atmosfera inerte y usando técnicas Schlenck.
Consideramos interesante comentar el importante papel de la tetrametiletilendiamina en esta
síntesis. En primer lugar, las moléculas de TMEDA provocan la ruptura de los oligómeros del
agente litiante n-BuLi, resultando este factor esencial para la efectividad de la posterior reacción.
Por otra parte, induce la polarización del enlace Li-C provocando un incremento en la
reactividad del n-BuLi. (12)
Además, la presencia de la TMEDA produce una estabilización del ferroceno dilitiado por
formación de aductos de diferentes estequiometrías dependiendo en gran medida del disolvente
utilizado en la síntesis. (13) (11) (14) (15)
Si a una disolución de ferroceno en éter, en presencia de tetrametiletilendiamina (TMEDA), y a
temperatura ambiente se le añade n-BuLi, se obtiene un abundante precipitado rojo-naranja que
resulta ser FcLi2.
Una vez obtenido el ferroceno dilitiado, el paso siguiente, es la adición in situ de 1,2
dibromotetrafluoroetano sobre la disolución de FcLi2 recién preparado. Esta adición se hace
lentamente y a baja temperatura (-78°C) para impedir la descomposición del FcLi2. El producto
obtenido se purifica por sucesivas reprecipitaciones en metanol dando como resultado cantidades
significativas del 1,1´-dibromoferroceno (1) en forma de sólido de color naranja (rendimiento de
47.06 %).
9

13. Resultados y Discusión
3.1.2 Síntesis de 1´,1´´´-dibromobiferroceno
Dong y col. han establecido dos métodos para la síntesis de derivados 1´,1´´´-biferrocenos
disustituidos. El primero de ellos consiste en un intercambio selectivo litio-bromo de 1,1´-
dibromoferroceno, seguido por un ataque electrofilico y finalmente homoacoplamiento bajo Cu
(16)
activo . El segundo método consiste en el acoplamiento directo de 1,1´-dibromoferroceno,
utilizando CuCN y oxígeno como reactivos de acoplamiento, seguido de un intercambio litio-
bromo y finalmente un ataque electrofilico que da el producto deseado (17) como se muestra en el
Esquema 2.
Esta segunda vía fue la utilizada por nosotros para la síntesis de 1´,1´´´-dibromobiferroceno.
Esquema 2
Br
(1) n-BuLi Cu Activo
Fe
(2) E
E
Br E
Fe
Fe
Br
Br
Fe
Fe
(1) n-BuLi (1) n-BuLi E
(2) CuCN (2) 2 E
Fe
Br
En los primeros intentos utilizamos el procedimiento descrito por Dong en el año 1997 (17). La
reacción de cantidades equimolares de dibromoferroceno con n-butillitio en tetrahidrofurano
seco da lugar al derivado 1-litio-1-bromoferroceno, que posteriormente por acoplamiento directo
utilizando CuCN y oxigeno a -30 0C permite obtener el compuesto (2) con un 4% de
rendimiento.
Como productos mayoritarios de la reacción se obtienen derivados de monolitiación y mezclas
de terferrocenilos polibromados, según se comprobó por espectrometría de masas. En el espectro
de FAB+ aparece, además del pico correspondiente al ión molecular del compuesto deseado a
10

14. Resultados y Discusión
una m/z de 528 otro pico a una m/z de 712 correspondiente al ión molecular del compuesto que
se indica a continuación:
Br
Fe
Fe
Fe
Br
Con el fin de mejorar los rendimientos y evitar la formación de productos secundarios,
decidimos modificar las condiciones de litiación y reacción de acoplamiento, realizándolas a
temperaturas más bajas (–78oC). Como comprobamos posteriormente, el grupo de Dong en un
(18)
trabajo publicado en 2003 también utiliza estas mismas condiciones para sintetizar este
compuesto.
El producto crudo fue purificado por cromatografía en columna de Alúmina neutra grado I
(Fluka) obteniéndose un rendimiento del 49 % de (2).
3.1.3 Síntesis del acido 1´, 1´´´-bisferrocendicarboxílico
(19)
El compuesto (3) se ha sintetizado siguiendo el procedimiento citado en la bibliografía con
algunas modificaciones.
Se hace reaccionar 1´,1´´´-dibromobiferroceno con dos equivalentes de n-butillitio en
tetrahidrofurano seco a -78°C obteniéndose 1´,1´´´-dilitiobiferroceno. A continuación se adiciona
bajo agitación constante una mezcla de CO2/éter. La mezcla se deja alcanzar temperatura
ambiente. El material insoluble formado se filtra y se lava con éter frio. Esta sal de litio se
acidificada con una pequeña cantidad de acido clorhídrico concentrado y el acido resultante se
filtra, se lava con agua y se seca. El producto crudo se purifica realizando extracciones sucesivas
con tolueno.
11

15. Resultados y Discusión
3.2 Caracterización estructural
El estudio estructural de los compuestos obtenidos se ha llevado a cabo utilizando las técnicas de
espectroscopia de RMN de 1H y 13C y espectrometría de masas.
El espectros de RMN de 1H del compuestos (1) exhibe un triplete a 4.42 ppm correspondiente a
los 4 H del Cp en posición α con respecto al bromo, y otro triplete a 4.16 ppm correspondiente a
los 4 H del Cp en posición β con respecto al bromo (Figura 2).
Br
Fe
Br
4.50 4.40 4.30 4.20 4.10
ppm (t1)
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0
ppm (t1)
Figura 2.- Espectro de RMN de 1H de 1,1´-Dibromoferroceno (1)
13
El espectro de RMN de C muestra tres señales, una a 78.24 ppm correspondiente a los C
cuaternarios unidos directamente al bromo, otra a 72.66 ppm que corresponde a los C en posición
α con respecto al bromo y por ultimo una a 69.91 ppm que pertenece a los C en posición β con
respecto al bromo (Figura 3).
12

16. Resultados y Discusión
Br
Fe
Br
75.0 70.0
ppm (f1)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
ppm (f1)
Figura 3.- Espectro de RMN de 13C de 1,1´-Dibromoferroceno (1)
Para el compuesto (2) el espectro de RMN de 1H (Figura 4) muestra cuatro tripletes, uno a 4.39
ppm que corresponde a los 4 H del Cp en posición α con respecto al bromo, un segundo a 4.27
ppm correspondiente a los 4 H del Cp en posición α con respecto al puente C-C, un tercero a
4.16 ppm para los 4 H del Cp en posición β con respecto al puente C-C, y por ultimo uno a 3.93
ppm que corresponde a los 4 H del Cp en posición β con respecto al bromo.
Br
Fe
Fe
4.40 4.30 4.20 4.10 4.00 3.90
Br ppm (t1)
9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0
ppm (t1)
Figura 4.- Espectro de RMN de 1H de 1´,1´´´-Dibromobiferroceno (2)
13

17. Resultados y Discusión
13
Por otra parte el espectro de RMN de C muestra seis señales, una a 84.61 ppm que
corresponde a los C puente, otra a 78.25 ppm correspondiente a los C unidos directamente al
bromo, otra a 71.42 ppm que corresponde a los C en posición α con respecto al puente C-C, otra
a 70.46 ppm correspondiente a los C en posición β con respecto al puente C-C, una a 69.01 ppm
que corresponde a los C en posición α con respecto al bromo, y por último, una señal a 68.29
ppm que corresponde a los C en posición β con respecto al bromo (Figura 5).
Br
Fe
Fe
72.0 71.0 70.0 69.0 68.0
Br ppm (t1)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
ppm (t1)
Figura 5.- Espectro de RMN de 13C de 1´,1´´´-Dibromobiferroceno (2)
El espectro de masas del compuesto (2) realizado empleando la técnica FAB+ en matriz de m-
nitrobenzilalcohol, es consistente con la estructura asignada y muestra un único pico
correspondiente al ion molecular [M]+ a m/z = 528.
3.3 Estudio electroquímico
El ferroceno es un sistema de 18 electrones de valencia muy estable que experimenta una
oxidación rápida de un electrón para dar especies catiónicas de ferricinio a potenciales muy
accesibles.
14

18. Resultados y Discusión
Es capaz de intercambiar su electrón de forma totalmente
reversible tanto en medios orgánicos como acuosos y además, -e-
Fe Fe+
dicha transferencia electrónica generalmente no causa ningún -
+e
tipo de reorganización o fragmentación en el esqueleto
18 eV 17 eV
molecular original.
Las propiedades electroquímicas de los compuestos (1) y (2) fueron investigadas utilizando las
técnicas de voltametría cíclica (CV) y voltametría diferencial de pulso (DPV).
El estudio de estos compuestos se ha llevado a cabo en disolución de diclorometano en presencia
de hexafluorofosfato de n-tetrabutilamonio [n-Bu4N][PF6] como electrolito soporte.
En la Tabla 1 se resumen los datos electroquímicos más representativos.
3.3.1 Estudio electroquímico del compuesto (1)
En el ciclovoltamograma del compuesto (1) registrado en disolución de CH2Cl2 (Figura 5A) se
observa un solo proceso redox con un potencial formal de 0.79 V vs SCE (electrodo de Pt), con
pico anódico y catódico que corresponde a una oxidación química y electroquímicamente
reversible.
1.00
-0.20
0.50
-0.70
0.00
I (  A)
-1.20
I (  A)
-0.50
-1.70
-1.00
A B
-1.50 -2.20
1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20
E (V vs SCE) E (V vs SCE)
Figura 5.- Voltamogramas del compuesto (1) en disolución de CH2Cl2: A) Voltamograma Cíclico; B)
Voltamograma Diferencial de pulso
Los valores de la relación de intensidades de pico ipc/ipa son muy próximos a la unidad, la
función de corriente anódica ipa/v1/2 es independiente de la velocidad de barrido v (v en Vs-1), y
además, los valores entre los potenciales de los picos anódico y catódico ΔEp = (Epa - Epc) varían
15

19. Resultados y Discusión
entre 60 y 90 mV a 100 mVs-1 que es lo usual en procesos redox química y electroquímicamente
reversibles.
Estos hechos demuestran que la oxidación de dicho compuesto en CH2Cl2 responde a un proceso
de transferencia electrónica controlado por la difusión de la especie electroactiva hacia la
superficie del electrodo. Se trata de una oxidación localizada en el centro metálico de la
agrupación del ferroceno y que da lugar a la formación de una especie catiónica, soluble y
estable.
Por otra parte la voltametría diferencia de puso (DPV) en CH2Cl2 con [n-Bu4N][PF6] como
electrolito soporte, muestra para el compuesto (1) una sola onda de oxidación (Figura 5B).
Los valores de los potenciales de oxidación en derivados de ferroceno funcionalizados, permiten
estudiar y analizar las propiedades electrónicas de los distintos sustituyentes, que a través de los
anillos se transmiten a los centros redox-activos de hierro. Aquellos compuestos en los que la
capacidad donadora de los sustituyentes sea mayor, se oxidarán más fácilmente. Esto es
consecuencia de que la densidad electrónica se transmite a través de los anillos de
ciclopentadienilo al centro metálico, reflejándose en una mayor facilidad energética para la
oxidación.
En el caso del compuesto (1), como se puede observar en la Tabla 1, el valor de E1/2 es más
positivo que el registrado para el ferroceno libre (0.40 V vs SCE medido en CH2Cl2/[n-
Bu4N][PF6]), debido a que los sustituyentes Br que existen en los anillos ferrocenilo retiran
densidad electrónica de las unidades de ferroceno.
3.3.2 Estudio electroquímico del compuesto (2)
Como vemos en la Figura 6A, el ciclovoltamograma del compuesto (2) registrado en disolución
de diclorometano en presencia de 0.1 M de [n-Bu4N][PF6], se caracteriza por presentar dos
ondas reversibles de oxidación, claramente separadas y de igual intensidad, localizadas a valores
de potencial E01 = 0.53 V y E02 = 0.89 V vs SCE respectivamente.
La aparición de estas dos ondas pone de manifiesto la existencia de una importante interacción
electrónica entre las unidades de ferroceno.
16

20. Resultados y Discusión
0.60 0 .0
0.40
- 0.2
0.20
0.00
- 0.4
I (  A)
I (  A)
-0.20
-0.40 - 0.6
-0.60 B
A - 0.8
-0.80
-1.00 - 1.0
1.40 1.20 1.00 0.80 0. 60 0.40 0.20 0.00 1 .4 0 1 .20 1 .00 0.8 0 0 .60 0 .40 0 .20 0 .00
E (V vs SCE) E (V vs SCE)
Figura 6.- Voltamogramas del compuesto (2) en disolución de CH2Cl2 A) Voltamograma Cíclico; B)
Voltamograma Diferencial de pulso
Esto implica que el efecto de la carga positiva que se genera en uno de los átomos de hierro de
una unidad de ferroceno como resultado de la primera oxidación, se transmite al segundo centro
metálico, cuya oxidación es entonces energéticamente menos favorable, y por ello tiene lugar a
potenciales más altos (Esquema 3).
Esquema 3
Br Br Br
Fe Fe + Fe+
- -
-e -e
+e- +e
-
Fe Fe Fe +
E01 E02
Br Br Br
Para cada una de las ondas de oxidación, se encuentra que la relación de intensidades ipc/ipa es
igual a la unidad y que la intensidad de pico varía linealmente con la raíz cuadrada de la
velocidad de barrido v1/2, siendo la separación entre los potenciales de pico del orden de 60-90
mV a 100 mVs-1. Todos estos hechos indican que los procesos de transferencia electrónica están
controlados por difusión.
Por otra parte, el voltamograma diferencial de pulsos muestra para el compuesto (2) dos ondas
simétricas y de igual intensidad (Figura 6B).
17

21. Resultados y Discusión
Es importante comentar que en especies con grupos redox interaccionantes, la separación de
potenciales de pico E0 = E02 - E01 proporciona una útil medida del grado de interacción metal-
metal.
En nuestro caso concreto, la separación entre el potencial redox del sistema FeIIFeII/FeIIFeIII, E01,
y el potencial del sistema FeIIFeIII/FeIIIFeIII, E02, es de 366 mV. Este valor de E0 pone de
manifiesto apreciables interacciones entre los centros metálicos de hierro.
Tabla 1. Datos de CV y DPV para los compuestos (1) y (2)
Compuesto (2)
(1) 0
Datos E1 E2 0
E1/2 (V)a 0.79 0.53 0.89
b
E1/2 (V) 0.78 0.52 0.89
c
E1/2 (V) 0.79 0.53 0.89
d
E1/2 (V) 0.78 0.53 0.89
a
ΔEp (mV) 71 60 66
b
ΔEp (mV) 79 65 69
ipa/ipce 0.966 0.871 1.095
ipa/ipcf 0.996 0.945 1.032
a
Potenciales en mV, vs SCE; electrodo de Pt, velocidad de barrido 100 mVs-1
b
Potenciales en mV, vs SCE; electrodo de C, velocidad de barrido 100 mVs-1
c
(DPV) Potencial en mV calculado [ E1/2 = Ep + Epulso/2], electrodo Pt, velocidad de barrido 100 mVs-1
d
(DPV) Potencial en mV calculado [ E1/2 = Ep + Epulso/2], electrodo C, velocidad de barrido 100 mVs-1
e
Relación de intensidades de pico ipc/ipa; electrodo Pt
f
Relación de intensidades de pico ipc/ipa; electrodo C
18

22. PARTE EXPERIMENTAL

23. Parte Experimental
4.1 Información general
Todas las reacciones fueron realizadas bajo atmosfera inerte (Ar purificado) utilizando técnicas
estándar Schlenk. Los disolventes utilizados se secaron inmediatamente antes de su uso bajo
procedimientos estándar utilizando agentes desecantes apropiados. Los agentes desecantes
utilizados fueron: Na/benzofenona para THF y éter; P2O5 para el CH2Cl2; Mg/CaO para el
metanol. Los siguientes productos fueron adquiridos en Aldrich: Ferroceno, CuCN, MgSO4,
TMDA, n-Butillitio 1.6 M en hexano. La alúmina neutra grado I fue adquirida en Fluka; el
Na2SO4 en Panreac y el 1, 2 dibromotetrafluoretano en Narchem.
Para las reacciones a baja temperatura se utilizaron baños de acetona con nitrógeno. Las
temperaturas indicadas se refieren a baños externos.
Las adiciones de líquidos se realizaron, generalmente, utilizando jeringa o cánula y bajo
atmosfera de argón. Todas las reacciones se llevaron a cabo bajo agitación magnética.
Los espectros de RMN de 1H y 13C fueron registrados en un espectrómetro FT BRUKER-AMX
(1H, 300 MHz; 13
C, 75,43 MHz) en disolución de cloroformo deuterado. Los desplazamientos
químicos se dan en partes por millón (δ) tomando como referencia la señal del CDCl3.
Los espectros de masas se realizaron en el SIDI de la Universidad Autónoma de Madrid,
utilizando la técnica de FAB+, en un espectrómetro de masas VG Autospec, equipado con un
cañón de iones cesio, y acoplado a un cromatógrafo de gases Carlo Erba. Como matriz se utilizó
m-nitrobenzilalcohol.
4.2 Estudio electroquímico
Los estudios de voltametría cíclica se han efectuado en una célula de tres electrodos, de 5 mL de
capacidad, empleando como electrolito soporte (en concentración 10-1 M) hexafluorofosfato de
n-tetrabutilamonio [n-Bu4N][PF6].
Las medidas electroquímicas fueron realizadas utilizando un potenciostato BAS CV-50W. Como
electrodos de trabajo se han utilizado tanto un electrodo de disco de platino (A = 0.020 cm2)
como un electrodo de carbón glassy vitrificado (A= 0.070 cm2). El electrodo auxiliar en todos los
20

24. Parte Experimental
casos ha sido un hilo de platino, siendo el de referencia un electrodo de calomelanos saturado
(SCE).
4.3 Procedimientos Sintéticos
4.3.1 Preparación de 1,1´- dibromoferroceno
Br
(1) n-BuLi/TMEDA
Fe Fe
(2) CF2Br-CF2Br
Br
(1)
Ferroceno (25g, 134 mmol) se coloca en un matraz de tres bocas (1000 mL) y se mantiene
secando a vacio durante 2 h. Éter seco (185 mL), n-BuLi (44.62 mL, 1.6 M en hexano) y
TMEDA (44.62 mL, 295.7 mmol) se agregan bajo atmosfera de argón, mientras la reacción se
mantiene por debajo de los 30°C. El ferroceno se disuelve gradualmente en 2 h y la solución
resultante se mantiene agitando durante 12 h. La mezcla se enfría a -78°C y se mantiene a esa
temperatura durante 1 h. Dibromotetrafluoretano (35.32 mL, 295.7 mmol) se adiciona
lentamente durante 30 min. La mezcla se agita a -78°C durante 4 h y a temperatura ambiente
durante 2 h más. Se agrega agua (150 mL) y la mezcla resultante se extrae con CH2Cl2. La fase
orgánica se seca sobre Na2SO4. Después de eliminar el disolvente a presión reducida, el líquido
aceitoso color marrón se disuelve en metanol (38 mL) y se deja cristalizar durante toda la noche
a baja temperatura. Obtenemos 21.75 g (47.06 %, 63.2 mmol) en forma de un sólido anaranjado
cristalino.
1
H RMN (CDCl3, ppm): 4.42 (t, 4 α-H, C5H4), 4.16 (t, 4 β-H, C5H4).
13
C RMN (CDCl3, ppm): 78.24, 72.66, 69.91 (C5H4)
21

25. Parte Experimental
4.3.2 Preparación de 1´,1´´´-dibromobiferroceno
Br
Br Fe
(1) n-BuLi
Fe (2) CuCN/O2
Br Fe
Br
(2)
Dibromoferroceno (20.0 g, 58.16 mmol) se colocan en un matraz de tres bocas (500 mL) y se
seca a vacio durante 4 h a 25°C. THF seco (150mL) seguido de n-BuLi (36.35 mL, 1.6 M en
hexano) se agregan bajo argón a -78°C. La solución resultante se agita a -78°C durante 1 h,
tiempo durante el cual el 1-bromo-1´ litioferroceno gradualmente precipita. CuCN solido (2.61 g,
29.33 mmol) se agrega y la solución se agita a -78°C durante 10 min. A -78°C se burbuja
oxigeno a la solución constantemente durante 4 h. La solución se mantiene agitando a
temperatura ambiente durante otras 4 h. Se agrega agua (120 mL) y la mezcla resultante se
extrae varias veces con CH2Cl2. Los extractos combinados se secan sobre MgSO4. Se elimina el
disolvente a presión reducida y el producto crudo se purifica por cromatografía de columna de
Alúmina neutra grado I. Obteniéndose 15.03 g (49 %, 28.50 mmol) de un sólido anaranjado
cristalino.
1
H RMN (CDCl3, ppm): 4.39 (t, 4 α-H, Br), 4.27 (t, 4 α-H, al puente de carbono), 4.16 (t, 4 β-H,
al puente de carbono), 3.93 (t, 4 β-H, Br).
13
C RMN (CDCl3, ppm): 84.61, 78.25, 71.42, 70.46, 69.01, 68.29 (C5H4)
MS (FAB+): m/z 528 (M+)
22

26. Parte Experimental
4.3.3 Preparación del acido 1´,1´´´-bisferrocendicarboxílico
Br COOH
Fe Fe
(1) n-BuLi
(2) CO2/H+
Fe Fe
Br HOOC
(3)
Dibromobiferroceno (0.11g, 0.2085 mmol) se coloca en un matraz de tres bocas (100 mL) y se
mantiene a vacio durante varias horas. THF seco (7 mL) se agrega y a baja temperatura (-78°C)
se agrega n-BuLi (0.3 mL, 1.6 M en hexano). La mezcla resultante se agita durante 4 h
manteniendo la temperatura a -78°C. La solución es agitada a temperatura ambiente durante 4 h
más. Esta mezcla de reacción se vierte con agitación constante sobre una mezcla de nieve
carbónica finamente triturada y éter anhidro. Se deja alcanzar temperatura ambiente, se filtra y el
material insoluble se lava con éter frio. Esta sal de litio se acidifica con un pequeño volumen de
acido clorhídrico (conc.) y el acido resultante se filtra, se lava con agua y se seca a vacio. El
producto crudo se purifica realizando extracciones sucesivas con tolueno. Se obtiene el producto
final en forma de un sólido de color anaranjado.
23

27. CONCLUSIONES

28. Conclusiones
Tomando en consideración que uno de los objetivos principales de esta tesis de máster es la
introducción en la investigación científica de los estudiantes por medio de la adquisición de
destrezas para la síntesis y el manejo de compuestos inestables con la aplicación de técnicas
Schleck, el manejo de caja seca y línea de vacío, así como también la caracterización
espectroscópica de dichos compuestos, es importante incluir dentro de las conclusiones que el
valor real del trabajo experimental realizado radica en el aprendizaje de todos los conocimientos
introductorios necesarios para la formación de cualquier investigador, señalando que de este
modo hemos alcanzado uno de los objetivos principales del Máster en Química Inorgánica
Molecular.
Queremos destacar que los resultados presentados en esta tesis de máster están incluidos dentro
de un proyecto de investigación aún en curso, por lo cual es necesario el estudio de algunos
aspectos que no pudieron ser desarrollados en el tiempo del cual disponíamos. Partiendo de lo
antes expuestos, presentamos las siguientes conclusiones:
1. Sintetizamos y caracterizamos estructuralmente el derivado 1,1´- dibromoferroceno con
buenos rendimientos, por medio de la reacción de dilitioferroceno (previamente
sintetizado) con 1,2 dibromotetrafluoretano. Aquí debemos mencionar que debido a las
restricciones federales para adquirir el haloalcano 1,2 dibromotetrafluoroetano nuestro
trabajo se retrasó notablemente.
2. Obtuvimos la especie 1´,1´´´-dibromobiferroceno a partir del derivado 1,1´-
dibromoferroceno previamente sintetizado por nosotros. A este respecto mencionaremos
que los métodos para la síntesis de este compuesto encontrados en la bibliografía no
fueron reproducibles, pero logramos poner a punto la reacción introduciendo algunas
modificaciones.
3. Desarrollamos un método de síntesis para la obtención del acido 1´,1´´´-
bisferrocendicarboxilico a partir del 1´,1´´´-dibromobiferroceno.
4. El estudio electroquímico del derivado 1´,1´´´-dibromobiferroceno muestra que hay una
comunicación electrónica entre los dos centros metálicos presentes, aspecto considerado
de interés en nuestro estudio.
25

29. Conclusiones
Perspectivas de futuro:
 Sintetizar el fragmento organometálico 1´,1´´´-diclorocarbonilbiferroceno con unidades
de ferroceno electrónicamente comunicadas a partir del acido 1´,1´´´-
bisferrocendicarboxilico, la introducción del grupo funcional reactivo permitirá su
posterior incorporación a esqueletos dendríticos basados en diaminobutano.
 Estudiar el comportamiento electroquímico de los dendrímeros sintetizados y sus
posibles aplicaciones.
26

30. BIBLIOGRAFIA

31. Bibliografía
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28