ES2220580T3 - Catalizadores para reacciones de hidrosililacion. - Google Patents

Catalizadores para reacciones de hidrosililacion.

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ES2220580T3 ES00985384T ES00985384T ES2220580T3 ES 2220580 T3 ES2220580 T3 ES 2220580T3 ES 00985384 T ES00985384 T ES 00985384T ES 00985384 T ES00985384 T ES 00985384T ES 2220580 T3 ES2220580 T3 ES 2220580T3
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Abstract

Un complejo metálico de fórmula I: **(Fórmula)** en la que: M representa un metal con estado de oxidación 0 escogido entre los metales del grupo 8 de la tabla periódica tal como la publicada en Handbook of Chemistry and Physics, 65ª edición, 1984-1985; X representa O, NRa o CRfRg; Y1 e Y2 representan independientemente uno del otro CRbRc o SiRdRe; R1, R2, R5 y R6, idénticos o diferentes, se escogen entre un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo y un grupo arilo eventualmente sustituido por alquilo; R3, R4, Ra, Rb y Rc se escogen independientemente entre un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; y arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo; Rd y Re se escogen independientemente entre alquenilo; alquinilo; alquilo; alcoxi; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; y arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo; o bien cuando Y1 e Y2 representan independientemente SiRdRe, dos grupos Rd unidos a dos átomos de silicio distintos forman juntos una cadena de fórmula: **(Fórmula)** en la que n es un número entero de 1 a 3; X es tal como se ha definido antes; R y R¿, idénticos o diferentes, toman uno cualquiera de los significados dados antes para Re, bien entendido que, cuando n es 2 ó 3, un sólo átomo de silicio de dicha cadena puede estar sustituido por uno o dos grupos alquenilo o alquinilo; o bien cuando Y1 e Y2 representan independientemente SiRdRe, dos grupos Rd unidos a dos átomos de silicio distintos forman juntos una cadena hidrocarbonada saturada, los dos grupos Rb junto con dichos átomos de silicio y X forman un ciclo de 6 a 10 eslabones; o bien cuando Y1 e Y2 representan independientemente CRbRc, dos grupos Rb unidos a dos átomos de carbono distintos forman juntos una cadena hidrocarbonada saturada, los dos grupos Rb junto con los átomos de carbono que los llevan y X forman un ciclo de 6 a 10 eslabones; y Rf y Rg representan independientemente uno del otro un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo; un átomo de halógeno; un grupo alquenilo; un grupo alquinilo; o un grupo SiG1G2G3 en el que G1, G2 y G3 son independientemente uno del otro alquilo; alcoxi; arilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; o arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo o alcoxi.

Description

Catalizadores para reacciones de hidrosililación.
La invención se refiere a un catalizador apropiado para la catálisis de reacciones de hidrosililación.
La adición de un compuesto organosililado que presenta un motivo Si-H a una olefina o a un derivado acetilénico por formación de un enlace carbono-silicio (reacción de hidrosililación) se realiza convencionalmente en presencia de un catalizador metálico. La reacción de hidrosililación se esquematiza de la siguiente manera en el caso de olefinas:
1
Como ejemplo de catalizador, se han preconizado por numerosos autores catalizadores de platino. Así, el documento US 2 823 218 describe un ácido cloroplatínico como catalizador. El documento US 2 970 150 propone la utilización de platino metálico sobre un soporte finamente dividido. Los métodos de hidrosililación descritos en estas patentes son sin embargo poco atractivos desde un punto de vista económico en la medida en que se necesita utilizar grandes cantidades de catalizador de platino.
Así, actualmente, la mayor parte de las reacciones industriales de hidrosililación son catalizadas por solución de Karstedt, que está constituida por complejos de platino con grado de oxidación 0. La fórmula generaal del complejo de Karstedt e Pt_{2}(tetrametildivinilsiloxano)_{3}:
2
en donde Me representa metilo.
Uno de los inconvenientes de este catalizador reside en una posible inestabilidad del catalizador en el transcurso de la reacción: se ha podido observar la precipitación de platino metálico y la formación de coloides insolubles en el medio de reacción; esta inestabilidad del catalizador en el medio de reacción tiene como efecto reducir la actividad catalítica. Además, resultan soluciones turbias y fuertemente coloreadas, poco apreciadas por el utilizador en la medida en la que conducen a la formación de productos de hidrosililación fuertemente coloreados.
Otro inconveniente importante del catalizador de Karstedt es la formación concomitante de subproductos de la reacción de hidrosililación: junto a los productos de hidrosililación se aíslan productos resultantes de reacciones de isomerización del doble enlace olefínico y/o de reacciones de hidrogenación.
Uno de los objetivos de la presente invención es por tanto proporcionar un complejo catalizador, estable, que permite limitar las reacciones secundarias.
Debido a su excelente estabilidad, el complejo de la invención permite por otra parte trabajar a temperaturas de reacción más elevadas.
Las otras ventajas de la invención aparecerán para el técnico en la materia de la lectura de los modos de realización preferidos de la invención.
La invención se refiere más precisamente a un complejo metálico de fórmula I:
3
en la que:
M representa un metal con estado de oxidación 0 escogido entre los metales del grupo 8 de la tabla periódica tal como la publicada en Handbook of Chemistry and Physics, 65ª edición, 1984-1985;
X representa O, NR_{a} o CR_{f}R_{g};
Y_{1} e Y_{2} representan independientemente uno del otro CR_{b}R_{c} o SiR_{d}R_{e};
R_{1}, R_{2}, R_{5} y R_{6}, idénticos o diferentes, se escogen entre un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo y un grupo arilo eventualmente sustituido por alquilo;
R_{3}, R_{4}, R_{a}, R_{b} y R_{c} se escogen independientemente entre un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; y arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo;
R_{d} y R_{e} se escogen independientemente entre alquenilo; alquinilo; alquilo; alcoxi; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; y arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo; o bien
cuando Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e}, dos grupos R_{d} unidos a dos átomos de silicio distintos forman juntos una cadena de fórmula:
--- X --- (
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R}}
i --- X)_{n} ---
en la que
n es un número entero de 1 a 3; X es tal como se ha definido antes; R y R', idénticos o diferentes, toman uno cualquiera de los significados dados antes para R_{e}, bien entendido que, cuando n es 2 o 3, un sólo átomo de silicio de dicha cadena puede estar sustituido por uno o dos grupos alquenilo o alquinilo;
o bien cuando Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e}, dos grupos R_{d} unidos a dos átomos de silicio distintos forman juntos una cadena hidrocarbonada saturada, los dos grupos R_{b} junto con dichos átomos de silicio y X forman un ciclo de 6 a 10 eslabones; o bien
cuando Y_{1} e Y_{2} representan independientemente CR_{b}R_{c}, dos grupos R_{b} unidos a dos átomos de carbono distintos forman juntos una cadena hidrocarbonada saturada, los dos grupos R_{b} junto con los átomos de carbono que los llevan y X forman un ciclo de 6 a 10 eslabones;
R_{f} y R_{g} representan independientemente uno del otro un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo; un átomo de halógeno; un grupo alquenilo; un grupo alquinilo; o un grupo SiG_{1}G_{2}G_{3} en el que G_{1}, G_{2} y G_{3} son independientemente uno del otro alquilo; alcoxi; arilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; o arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo o alcoxi;
L representa un carbeno de fórmulas II.1 o II.2:
4
en las que:
-
A y B representan independientemente C o N, bien entendido que cuando A representa N, T_{4} no representa nada y cuando B representa N, T_{3} no representa nada;
-
T_{3} y T_{4} representan independientemente un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; arilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; alquenilo; alquinilo; o arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo o alcoxi;
-
T_{1} y T_{2} representan independientemente un grupo alquilo; un grupo alquilo perfluorado o eventualmente sutituido por un grupo perfluoroalquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; arilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; alquenilo; alquinilo; o arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo o alcoxi; o bien
-
Los sustituyentes T_{1}, T_{2}, T_{3} y T_{4} pueden formar dos a dos, cuando están situados sobre dos vértices adyacentes en las fórmulas II.1 y II.2, una cadena hidrocarbonada saturada o insaturada.
Según la invención, el grado de oxidación 0 del metal M es una característica esencial de la invención.
Preferiblemente, los metales del grupo 8 que representa M son paladio, platino o níquel. Según un modo de realización más preferencial de la invención, M representa platino en estado de oxidación 0.
Se entiende por alquilo según la invención una cadena hidrocarbonada saturada, lineal o ramificada, preferiblemente de 1 a 10 átomos de carbono, por ejemplo de 1 a 8 átomos de carbono, mejor aún de 1 a 7 átomos de carbono.
Son ejemplos de grupos alquilo especialmente metilo, etilo, isopropilo, n-propilo, tert-butilo, isobutilo, n-butilo, n-pentilo, isoamilo y 1,1-dimetilpropilo.
Según la invención, la parte alquilo del radical alcoxi es tal como se ha definido antes.
El radical alquilo perfluorado o eventualmente sustituido por un grupo perfluoroalquilo tiene preferiblemente la fórmula:
-(CH_{2})_{p}-C_{q}F_{2q+1}
en la que p representa 0, 1, 2, 3 ó 4; q es un número entero de 1 a 10; y C_{q}F_{2q+1} es lineal o ramificado. Son ejemplos preferidos de este radical:
-(CH_{2})_{2}-(CF_{2})_{5}-CF_{3}
\hskip0.5cm
y
\hskip0.5cm
-(CF_{2})_{7}-CF_{3}
La expresión arilo designa un grupo hidrocarbonado aromático de 6 a 18 átomos de carbono, monocíclico o policíclico y preferiblemente monocíclico o bicíclico. Debe entenderse que, en el marco de la invención, se entiende por radical aromático policíclico un radical que presenta dos o varios anillos aromáticos, condensados unos a otros, es decir, que presentan dos a dos al menos dos carbonos en común. Como ejemplo, se pueden citar los radicales fenilo, naftilo, antrilo y fenantrilo.
La expresión arilalquilo designa un grupo alquilo tal como se ha definido antes, sustituido por uno o varios grupos arilo en su cadena hidrocarbonda, siendo el grupo arilo tal como se ha definido antes. Son ejemplos bencilo y trifenilmetilo.
Por acilo se entiende según la invención un grupo R_{o}-CO, en donde R_{o} representa alquilo tal como se ha definido antes; o bien un grupo Ar-CO- en donde Ar representa un grupo arilo tal como se ha definido antes, o bien arilalquilo en el que arilo y alquilo son tal como se ha definido antes y en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo.
Por cicloalquilo, se entiende un radical hidrocarbonado saturado mono o policíclico, preferiblemente mono o bicíclico, que presenta preferiblemente de 3 a 10 átomos de carbono, mejor aún de 3 a 8. Por radical hidrocarbonado saturado policíclico, se entiende un radical que presenta dos o varios anillos cíclicos incorporados unos a otros por enlaces \sigma o/y condensados dos a dos.
Son ejemplos de grupos cicloalquilo policíclicos adamantano y norbornano.
Son ejemplos de grupos cicloalquilo monocíclicos ciclopropilo, ciclobutilo, ciclopentilo, ciclohexilo, cicloheptilo y ciclooctilo.
Por alquenilo se entiende una cadena hidrocarbonada insaturada, lineal o ramificada, que presenta al menos un doble enlace olefínico, y más preferiblemente un sólo doble enlace. Preferiblemente, el grupo alquenilo presenta de 2 a 8 átomos de carbono, mejor aún de 2 a 6.
Son ejemplos preferidos de grupos alquenilo los grupos vinilo y alilo.
Se entiende por alquinilo según la invención una cadena hidrocarbonada insaturada, lineal o ramificada, que presenta al menos un triple enlace acetilénico, y más preferiblemente un sólo triple enlace. Preferiblemente, el grupo alquinilo presenta de 2 a 8 átomos de carbono, mejor aún de 2 a 6 átomos de carbono. A título de ejemplo, se puede citar el grupo acetilenilo, así como el grupo propargilo.
Según un modo de realización preferido de la invención, Y_{1} e Y_{2} representan bien los dos CR_{b}R_{c} o bien los dos SiR_{d}R_{e}, de tal manera que los compuestos preferidos de la invención tienen como fórmula I.1 o I.2:
5
en donde
R_{b}^{1} y R_{c}^{1} son los sustituyentes R_{b} y R_{c} de Y_{1} en la fórmula I.1;
R_{b}^{2} y R_{c}^{2} son los sustituyentes R_{b} y R_{c} de Y_{2} en la fórmula I.2;
R_{d}^{1} y R_{e}^{1} son los sustituyentes R_{d} y R_{e} de Y_{1} en la fórmula I.1;
R_{d}^{2} y R_{e}^{2} son los sustituyentes R_{d} y R_{e} de Y_{2} en la fórmula I.2.
Así, R_{b}^{1} puede ser idéntico o diferente de R_{b}^{2}; R_{c}^{1} puede ser idéntico o diferente de R_{c}^{2}; R_{d}^{1} puede ser idéntico o diferente de R_{d}^{2}; y R_{e}^{1} puede ser idéntico o diferente de R_{e}^{2}.
De manera preferida, R_{b}^{1} = R_{b}^{2}; R_{c}^{1} = R_{c}^{2}; R_{d}^{1} = R_{d}^{2}; y R_{e}^{1} = R_{e}^{2}.
Entre estos últimos compuestos, son todavía preferidos aquellos para los que R_{3} = R_{4}; R_{5}= R_{2}; y R_{1} = R_{6}.
Según otra variante preferida de la invención, R_{d}^{1} y R_{d}^{2} forman juntos:
(a) o una cadena
--- X --- (
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R}}
i --- X)_{n} ---
en la que n es un número entero de 1 a 3; X es tal como se ha definido antes; y R y R', idénticos o diferentes, toman uno cualquiera de los significados dados antes para R_{e}, bien entendido que, cuando n es 2 ó 3, un sólo átomo de silicio de dicha cadena puede estar sustituido por uno o dos grupos alquenilo o alquinilo;
(b) o una cadena hidrocarbonada saturada, de tal manera que los dos sustituyentes R_{d}, junto con los dos átomos de silicio que los llevan y X, forman un ciclo de 6 a 10 eslabones, preferiblemente de 6 a 8 eslabones.
Cuando R_{d}^{1} y R_{d}^{2} forman la cadena (a), se prefiere que n valga 1 ó 2 (mejor aún n vale 1) y que R = R_{e}, siendo idénticos los dos grupos R_{e} llevados por los dos átomos de silicio. En este caso, R_{e} representa preferiblemente alquilo, por ejemplo metilo. Mejor aún, en estos compuestos R' representa -CR_{3}=CR_{1}R_{2} y R_{1} = R_{6}; R_{5}= R_{2}; y R_{3} = R_{4}.
Cuando R_{d}^{1} y R_{d}^{2} forman la cadena (b), se prefiere que los dos grupos R_{d}, junto con los dos átomos de silicio y el grupo X, formen un ciclo de 8 eslabones. En este caso, se prefiere que R_{e}^{1} sea idéntico a R_{e}^{2}. Estos compuestos tienen como fórmula general:
\vskip1.000000\baselineskip
6
\vskip1.000000\baselineskip
en la que T representa alquilo, i es un número entero comprendido entre 0 y 5, estando situado T en uno o varios de los vértices 1, 2, 3, 4 y 5 de la fórmula anterior.
De la misma manera, cuando Y_{1} e Y_{2} representan CR_{b}R_{c}, los dos grupos R_{b} unidos a átomos de carbono distintos pueden formar juntos una cadena hidrocarbonada saturada (c), de tal modo que los dos grupos R_{b} junto con los carbonos que los llevan y X forman un ciclo de 6 a 10 eslabones. Preferiblemente, el ciclo formado es un ciclo de 8 eslabones, en cuyo caso el complejo metálico responde a la fórmula:
\vskip1.000000\baselineskip
7
\vskip1.000000\baselineskip
en la que T representa alquilo; i es un número entero comprendido entre 0 y 5, estando T situado en uno o varios de los vértices 1, 2, 3, 4 y 5 de la fórmula anterior.
En el marco de la invención, dos grupos R_{d} unidos a dos átomos de silicio distintos pueden formar una cadena de fórmula:
--- X --- (
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R}}
i --- X)_{n} ---
Cuando éste es el caso, se prefiere que X represente O en los compuestos de la invención. Estos compuestos preferidos tienen como fórmula general:
8
Entre estos compuestos, se prefiere que R_{e}^{1} = R_{e}^{2}. Ventajosamente R_{e}^{1} = R_{e}^{2} representa alquilo (por ejemplo, metilo).
De manera preferida, n vale 1 o 2 y R = R_{e}^{1}, bien entendido que cuando n vale 2, un sólo átomo de silicio de la cadena O-(SiRR'-O)_{n}- puede estar sustituido por uno o dos grupos alquenilo o alquinilo. Mejor aún, R' = -CR_{3}=CR_{1}R_{2} y R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5} y R_{3} = R_{4}.
La expresión "no representa nada" significa que los sustituyentes -T_{3} o -T_{4} son inexistentes. En efecto, en las fórmulas II.1 y II.2 el átomo de nitrógeno es trivalente, de tal manera que cuando A o B representan N, el átomo de nitrógeno no puede presentar un sustituyente suplementario.
Según un modo de realización particular de la invención, los carbenos de fórmulas II.1 y II.2 presentan al menos dos anillos condensados, es decir, que dos sustituyentes al menos entre T_{1}, T_{2}, T_{3} y T_{4}, situados en dos vértices adyacentes, forman juntos una cadena hidrocarbonada saturada o insaturada, que presenta de preferencia de 3 a 6 átomos de carbono. Por cadena hidrocarbonada saturada o insaturada se entiende una cadena hidrocarbonada lineal o ramificada que puede presentar o no una o varias insaturaciones de tipo doble enlace olefínico o triple enlace acetilénico.
Cuando los carbenos II.1 y II.2 presentan dos anillos condensados, responden por tanto a una de las fórmulas siguientes, en las que (alk) representa una cadena hidrocarbonada saturada o insaturada:
9
Debe entenderse no obstante que los carbenos II.1 y II.2 pueden presentar más de dos anillos condensados.
Cuando R_{f} y/o R_{g} representan SiG_{1}G_{2}G_{3}, se prefiere que R_{f} y/o R_{g} sean trialquilsililo, por ejemplo SiG_{1}G_{2}G_{3}, en donde G_{1} = G2 = G3 = alquilo.
Subgrupos de los complejos metálicos de la invención están constituidos por los complejos para los que:
-
X = O; Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e}; o
-
X = NR_{a}; Y_{1} e Y_{2} representan independientemente CR_{b}R_{c}; o
-
X = NR_{a}; Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e}; o
-
X = CR_{f}R_{g}; Y_{1} e Y_{2} representan independientemente CR_{b}R_{c}; o
-
X = CR_{f}R_{g}; Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e}.
Entre estos complejos metálicos de fórmula I, se prefieren aquellos para los que:
-
cuando X representa O, Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e};
-
cuando X representa NR_{a}, Y_{1} e Y_{2} representan independientemente CR_{b}R_{c}; o
-
cuando X representa CR_{f}R_{g}, Y_{1} e Y_{2} representan independientemente CR_{b}R_{c}.
Muy preferiblemente, X representa O e Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e} en el complejo metálico de fórmula I. En el marco de la invención, la expresión "representan independientemente" significa que las sustituciones designadas son idénticas o diferentes.
Preferiblemente aún, R_{1}, R_{2}, R_{5} y R_{6} son átomos de hidrógeno.
Son significados preferidos de R_{3} y R_{4} especialmente un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; y cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo. Entre estos significados preferidos, es particularmente ventajoso que R_{3} y R_{4}, idénticos, representen un átomo de hidrógeno; cicloalquilo(C_{3}-C_{8}) o alquilo(C_{1}-C_{8}).
Preferiblemente aún, el ligando diolefínico del complejo de fórmula I es simétrico, es decir, que R_{5} = R_{2}; R_{6} = R_{1}; R_{3} = R_{4} y los dos grupos Y_{1} e Y_{2} son o estrictamente idénticos entre sí o Y_{1} = CR_{b}^{1}R_{c} e Y_{2} = CR_{b}^{2}R_{c} en donde R_{b}^{1} y R_{b}^{2} forman juntos un cadena simétrica, o todavía Y_{1} = SiR_{d}^{1}R_{e} e Y_{2} = SiR_{d}^{2}R_{e} en donde R_{d}^{1} y R_{d}^{2} forman juntos una cadena simétrica.
Un grupo preferido de complejos según la invención está constituido por complejos de fórmula I en los que L representa un carbeno de fórmula II.1.
De manera preferida, A y B en las fórmulas II.1 y II.2 representan los dos un átomo de carbono.
Son significados preferidos de T_{1} y T_{2} alquilo; cicloalquilo; arilalquilo; y arilo eventualmente sustituido por alquilo.
Son significados preferidos de T_{3} y T_{4} hidrógeno; alquilo; cicloalquilo; arilalquilo; y arilo eventualmente sustituido por alquilo.
De manera preferida, cuando T_{1}, T_{2}, T_{3} o T_{4} representan alquilo, alquilo es metilo, isopropilo o tert-butilo.
Igualmente, cuando T_{1}, T_{2}, T_{3} o T_{4} representan arilo, arilo es fenilo.
Cuando T_{1}, T_{2}, T_{3} o T_{4} representan arilo eventualmente sustituido por alquilo, T_{1}, T_{2}, T_{3} o T_{4} son tolilo o xililo.
Cuando T_{1}, T_{2}, T_{3} o T_{4} representan arilalquilo, arilalquilo es preferiblemente bencilo o trifenilmetilo.
Cuando T_{1}, T_{2}, T_{3} o T_{4} representan cicloalquilo, cicloalquilo es preferiblemente ciclopentilo, ciclohexilo o adamantilo.
Un grupo preferido de complejos de fórmula I está constituido por complejos para los que en el carbeno de fórmulas II.1 o II.2, T_{3} y T_{4} representan un átomo de hidrógeno.
Igualmente, los complejos de fórmula I en los que T_{1} y T_{2} se escogen entre alquilo(C_{1}-C_{8}) y cicloalquilo(C_{3}-C_{8}) forman un subgrupo preferido. Mejor aún, T_{1} y T_{2} son idénticos y representan cicloalquilo(C_{3}-C_{8}).
De manera ventajosa, T_{1} y T_{2}, idénticos o diferentes, representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8}); o bien R_{3} y R_{4}, idénticos o diferentes, representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8}); o bien todavía T_{1}, T_{2}, R_{3} y R_{4}, idénticos o diferentes, representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8}).
Un grupo particularmente preferido de los complejos metálicos de fórmula I está constituido por complejos de fórmula:
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en la que:
R_{3} representa un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo(C_{1}-C_{8}); o un grupo cicloalquilo(C_{3}-C_{8}) eventualmente sustituido por alquilo(C_{1}-C_{4});
T_{1} y T_{2} son idénticos y representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8});
R_{d} y R_{e} son tal como se ha definido antes.
Otros subgrupos preferidos de la invención se definen como sigue:
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; R_{1} = R_{2} = R_{3} = R_{4} = R_{5} = R_{6} = H; X = O; R_{d} y R_{e} se escogen independientemente entre alquilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; alquenilo; y alquinilo.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; X = O; R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5}; R_{3} = R_{4}; R_{1} y R_{2} representan independientemente alquilo; R_{3} representa alquilo o arilo eventualmente sustituido por alquilo; R_{d} y R_{e} representan independientemente alquilo; alquenilo; alquinilo; o arilo eventualmente sustituido por alquilo.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; X = O; R_{1} = R_{2} = R_{3} = R_{4} = R_{5} = R_{6} = H; y R_{d} = R_{e} = metilo o bien R_{d} = metilo y R_{e} = fenilo.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; X = O; R_{1} = R_{3} = R_{4} = R_{6} = H; R_{2} = R_{5} = alquilo.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; X = CR_{f}R_{g}; R_{f} = R_{g} = un átomo de hidrógeno; R_{d} y R_{e}, idénticos o diferentes, se escogen entre alquilo; y arilo eventualmente sustituido por alquilo; R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5}; R_{3} = R_{4}; R_{1} y R_{2} se escogen entre un átomo de hidrógeno y un grupo alquilo; R_{3} representa un átomo de hidrógeno, alquilo o arilo eventualmente sustituido por alquilo.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; X = CR_{f}R_{g}; en donde R_{f} y R_{g} representan un átomo de halógeno, preferiblemente un átomo de cloro o un átomo de bromo; R_{d} = R_{e} = alquilo, preferiblemente metilo; R_{1} = R_{2} = R_{3} = R_{4} = R_{5} = R_{6} = H.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; X = CR_{f}R_{g}; en donde R_{f} y R_{g} representan SiG_{1}G_{2}G_{3} tal como trialquilsililo (por ejemplo, Si(CH_{3})_{3}); R_{d} = R_{e} = alquilo, preferiblemente metilo; R_{1} = R_{2} = R_{3} = R_{4} = R_{5} = R_{6} = H.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que X representa -NR_{a}; Y_{1} e Y_{2}, idénticos, representan SiR_{d}R_{e}; R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5}; R_{3} = R_{4}.
-
Complejos metálicos de fórmula I en los que X representa NR_{a}; Y_{1} = Y_{2} = SiR_{d}R_{e}; los dos grupos R_{d} forman juntos la cadena
-NR_{a}-(SiR_{e}R_{d}{}^{o}-NR_{a})_{n}-
en la que R_{d}º representa -CR_{3}=CR_{1}R_{2}; n representa de 1 a 3; R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5}; y R_{3} = R_{4}.
Los complejos de la invención se preparan de manera convencional, por ejemplo a partir de complejos conocidos del estado de la técnica por intercambio de ligando, es decir, por adición del carbeno apropiado de fórmulas II.1 o II.2 a un complejo metálico del metal M, en solución, designado complejo precursor.
Son complejos precursores apropiados el complejo de Karstedt de fórmula:
-Pt_{2}[ViMe_{2}Si-O-SiMe_{2}Vi]_{3}
en la que Vi representa el radical vinilo; y más generalmente
M_{2}[R_{5}R_{6}C=CR_{4}-Y_{1}-X-Y_{2}-CR_{3}=CR_{1}R_{2}]_{3}
en donde M, R_{5}, R_{6}, R_{4}, R_{3}, R_{1}, R_{2}, Y_{1}, X e Y_{2} son tal como se ha definido antes, tales como, por ejemplo
M_{2}[CR_{5}R_{6}=CR_{4}-SiR_{d}R_{e}-O- SiR_{d}R_{e}- CR_{3}=CR_{1}R_{2}]_{3}, bien entendido que M, R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4}, R_{5}, R_{6}, R_{d} y R_{e} son tal como se ha definido antes;
-
Pt(COD)_{2} en el que COD representa ciclooctadieno y más generalmente M(COD)_{2} en donde M es un metal del grupo 8; o bien
-
complejos metálicos de olefina y de bifosfina.
Los complejos de fórmula I se preparan generalmente a partir de complejos precursores que presentan, como ligando, al menos un compuesto diolefínico de fórmula III:
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en la que R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4}, R_{5}, R_{6}, X, Y_{1} e Y_{2} son tal como se ha definido antes para la fórmula I.
Estos ligandos están disponibles en el comercio o se preparan fácilmente por el técnico en la materia a partir de compuestos comerciales.
Cuando X representa NR_{a} e Y_{1} e Y_{2}, independientemente uno de otro, representan CR_{b}R_{c}, los compuestos de fórmula III son aminas que son fáciles de preparar por utilización de procedimientos clásicos de química orgánica. Así, cuando R_{a} es distinto de un átomo de hidrógeno, estas aminas pueden prepararse fácilmente a partir de la amina primaria correspondiente de fórmula R_{a}NH_{2} por acción de cloruros apropiados, preferiblemente en presencia de una base orgánica o mineral.
Cuando la diolefina III es simétrica (es decir, que R_{4} = R_{3}; R_{5} = R_{2}; R_{1} = R_{6}; e Y_{1} = Y_{2}), se hace reaccionar R_{a}NH_{2} con dos equivalentes de un cloruro de fórmula:
(IV)Cl-CR_{b}R_{c}-CR_{3}=CR_{1}R_{2}
en presencia de una base.
Cuando la diolefina III es disimétrica, es preferible proteger el grupo amino de R_{a}NH_{2} con un grupo protector P convencional apropiado antes de hacer reaccionar el compuesto resultante de fórmula R_{a}NHP con el cloruro de fórmula V:
(V)Cl-CR_{b}{}^{2}R_{c}{}^{2}-CR_{3}=CR_{1}R_{2}
en presencia de una base apropiada.
Después, tras desproteger, se hace reaccionar la amina resultante con un cloruro de fórmula:
(VI)Cl-CR_{b}{}^{1}R_{c}{}^{1}-CR_{4}=CR_{5}R_{6}
de manera que se obtenga la amina esperada.
En las fórmulas IV, V y VI anteriores, los sustituyentes R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4}, R_{5} y R_{6} son tal como se ha definido para la fórmula I; R_{b}^{1} y R_{b}^{2} son tal como se ha definido para R_{b}; y R_{c}^{1} y R_{c}^{2} son tal como se ha definido para R_{c}.
Los grupos protectores P de las funciones aminas así como los métodos de desprotección correspondientes se describen en Protective Groups in Organic Synthesis, Greene T.W. y Wuts P.G.M., red. John Wiley y Sons, 1991, y en Protecting Groups, Kocienski P.J., 1994, Georg Thieme Verlag.
Cuando R_{a} representa un átomo de hidrógeno, es deseable seleccionar, como compuesto de partida, la amina de fórmula VII siguiente, protegida previamente al nivel de la función amino por un grupo protector P tal como se ha definido antes:
(VII)NH_{2}-CR_{b}{}^{2}R_{c}{}^{2}-CR_{3}=CR_{1}R_{2}
Se hace reaccionar la amina VII protegida con un cloruro de fórmula VI tal como se ha definido antes, preferiblemente en presencia de una base, y después, por desprotección de la función amino, se aísla el compuesto esperado de fórmula III.
Son bases apropiadas, por ejemplo, una base orgánica escogida entre trietilamina, diisopropilamina, piridina y N,N-dimetilanilina, o una base mineral tal como NaOH, KOH, NaHCO_{3}, Na_{2}CO_{3}, KHCO_{3} y K_{2}CO_{3}.
Cuando X representa O e Y representa CR_{b}R_{c}, los compuestos de fórmula III son éteres. Estos éteres están disponibles en el comercio o se preparan de manera conocida per se a partir de compuestos disponibles en el comercio.
Los compuestos de fórmula III en los que X representa CR_{f}R_{g} e Y representa CR_{b}R_{c} son diolefinas fácilmente accesibles para el técnico en la materia por síntesis o están disponibles en el comercio.
Los compuestos de fórmula III en los que X representa NR_{a} en donde R_{a} representa H o alquilo; R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5}; R_{3} = R_{4} e Y_{1} = Y_{2} = SiR_{d}R_{e} pueden prepararse por acción de una amina R_{a}-NH_{2} con dos equivalentes de un cloruro de sililo de fórmula:
ClSiR_{d}R_{e}-CR_{3}=CR_{1}R_{2}
en la que R_{e}, R_{d}, R_{1}, R_{2} y R_{3} son tal como se ha definido antes.
Los compuestos de fórmula III en los que X representa NR_{a}, siendo R_{a} tal como se ha definido antes en la fórmula I; Y_{1} = Y_{2} = SiR_{d}R_{e} en donde R_{e} es tal como se ha definido antes en la fórmula I; los dos grupos R_{d} forman juntos la cadena:
-NR_{a}-(SiR_{e}R_{d}{}^{o}-NR_{a})_{n}-
en la que R_{a} y R_{e} son tal como se ha definido antes; n representa un número entero de 1 a 3; R_{d}º representa
-CR_{3}=CR_{1}R_{2}; R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5} y R_{3} = R_{4}, pueden prepararse por reacción de la amina R_{a}-NH_{2} con el cloruro de sililo de fórmula:
Cl_{2}SiR_{e}-CR_{3}=CR_{1}R_{2}
en la que R_{e}, R_{1}, R_{2} y R_{3} son tal como se ha definido antes.
Los compuestos de fórmula III en los que X representa O, e Y_{1} e Y_{2} representan SiR_{d}R_{e} son siloxanos lineales, ramificados o cíclicos que se comercializan o cuya preparación es posible a partir de compuestos comerciales, por utilización de procedimientos clásicos del estado de la técnica. Son ejemplos de siloxanos de fórmula III preferidos ViMe_{2}SiOSiMe_{2}Vi y (MeViSiO)_{3}, representando la segunda fórmula un ciclosiloxano, en los que Vi representa vinilo.
En el caso de los compuestos simétricos de fórmula III, es decir, aquellos para los que R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5}; R_{3} = R_{4} e Y_{1} = Y_{2}, podrá utilizarse una de las variantes de síntesis siguientes.
Variante a
Para la preparación de dichos siloxanos simétricos de fórmula III para los que R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{d} y R_{e} se escogen independientemente entre alquilo, arilo, alquenilo y alquinilo, se puede hacer reaccionar un cloruro de sililo de fórmula Cl_{2}SiR_{d}R_{e} con un compuesto organometálico de fórmula:
CR_{1}R_{2}= CR_{3}-Mg-Hal
en donde R_{1}, R_{2} y R_{3} son tal como se ha definido antes y Hal representa un átomo de halógeno en las condiciones habituales de reacción utilizando magnesianos.
Variante b
Para la preparación de dichos siloxanos simétricos de fórmula III para los que R_{1}= R_{2}= R_{3}= H y R_{c} y R_{d} se escogen entre alquenilo, alquinilo, arilo y alquilo, se puede hacer reaccionar un cloruro de sililo de fórmula Cl_{2}SiR_{d}-CH=CH_{2}con un compuesto organometálico de fórmula:
R_{e}-Mg-Hal
en la que R_{e} es tal como se ha definido antes y Hal representa halógeno.
Para la realización de esta variante, el técnico podrá remitirse a J. Gen. Chem., USSR, 1977, 47, 1402-1406.
Variante c
Para la preparación de dichos siloxanos simétricos de fórmula III en la que R_{1}= R_{3}= H y R_{2} representa alquilo, se puede hacer reaccionar un siloxano de fórmula:
H-SiR_{d}R_{e}-O-SiR_{d}R_{e}H
con dos equivalentes de un hidrocarburo acetilénico de fórmula H-C\equivC-R_{2} en la que R_{2} es tal como se ha definido antes.
Se describen siloxanos cíclicos de fórmula III en el documento US 4 593 084.
Los compuestos de fórmula III en la que X representa CR_{f}R_{g} e Y_{1} e Y_{2} representan independientemente -SiR_{d}R_{e} pueden prepararse por utilización de un procedimiento análogo a uno de los descritos en:
-
J. of Organometallic Chemistry, 1996, vol. 521, 99-107 (cuyo procedimiento es más particularmente apropiado a la preparación de compuestos simétricos de fórmula III en la que Y_{1} = Y_{2}; R_{f}= R_{g}= H; R_{d} y R_{e} representan alquilo o arilo eventualmente sustituido por alquilo; R_{3} representa un átomo de hidrógeno; alquilo; o arilo eventualmente sustituido; y R_{1} y R_{2} se escogen entre un átomo de hidrógeno y alquilo);
-
J. of Organometallic Chemistry, 1997, vol. 545-546, 185-189 (cuyo procedimiento es más particularmente apropiado a la preparación de compuestos simétricos de fórmula III en la que Y_{1} = Y_{2}; R_{f}= R_{g}= Cl o Br; R_{d} y R_{e} representan alquilo; R_{1}= R_{2} = R_{3} = un átomo de hidrógeno);
-
J. Chem. Soc., Perkin Trans II, 1987, pág. 381 (cuyo procedimiento es más particularmente apropiado a la preparación de compuestos simétricos de fórmula III en la que Y_{1} = Y_{2}; R_{f}= R_{g}= SiG_{1}G_{2}G_{3}; R_{d} y R_{e} representan alquilo; R_{1}= R_{2} = R_{3} = un átomo de hidrógeno);
Los carbenos de fórmulas II.1 y II.2 pueden prepararse por desprotonación de sales de imidazolio, sales de tetrazolio, sales de triazolio o sales de pirazolio según el caso, bajo la acción de una base.
Estas reacciones pueden esquematizarse como sigue:
12
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En estos esquemas de reacción, T_{1}, T_{2}, T_{3}, T_{4}, A y B son tal como se ha definido antes para la fórmula I y X^{-} representa un anión.
La naturaleza del anión X^{-} no es crítica según la invención. El anión X^{-} es el anión derivado de un ácido de Brönsted (ácido prótico) orgánico o mineral. Habitualmente, el anión X^{-} se deriva de un ácido que presenta un pKa inferior a 6. Preferiblemente, X^{-} se deriva de un ácido de pKa inferior a 4, mejor aún inferior a 2. Los pKa en cuestión aquí son los pKa de los ácidos tal como se miden en agua.
Son ejemplos de ácidos los ácidos carboxílicos de fórmula G_{o}-COOH en la que G_{o} representa alquilo, y por ejemplo alquilo(C_{1}-C_{22}); o bien arilo, y por ejemplo arilo(C_{6}-C_{18}) eventualmente sustituido por uno o varios alquilo, preferiblemente uno o varios alquilo(C_{1}-C_{6}); ácidos sulfónicos de fórmula G_{o}-SO_{3}H en la que G_{o} es tal como se ha definido antes; y ácidos fosfónicos de fórmula G_{o}-PO_{3}H en la que G_{o} es tal como se ha definido antes; otros ácidos son HF, HCl, HBr, HI, H_{2}SO_{4}, H_{3}PO_{4} y HClO_{4}.
Son ejemplos preferidos de ácidos carboxílicos ácido acético, ácido benzoico y ácido esteárico. Como ácido sulfónico preferido, se citará ácido bencenosulfónico y como ácido fosfónico preferido, se mencionará ácido fenilfosfónico.
Según la invención, se prefieren más particularmente los aniones X^{-} derivados de los ácidos HF, HCl, HBr, HI, H_{2}SO_{4} y H_{3}PO_{4}.
Así, son aniones X^{-} particularmente preferidos, según la invención, los aniones halogenuro, sulfato, hidrógenosulfato, fosfato, hidrógenofosfato y dihidrógenofosfato. Se pueden mencionar igualmente, como anión, los tetrafluoroboratos y hexafenilfosfato.
Las bases utilizables para la desprotonación de las sales de fórmulas VIII.1 y VIII.2 son bases fuertes escogidas entre hidruros de metal alcalino, hidróxidos de metal alcalino, carboxilatos de metal alcalino, alcoholatos de metal alcalino y amiduros de metal alcalino.
Son por tanto ejemplos de base apropiada hidruro sódico, hidróxido potásico, metilato sódico, tert-butirato potásico, diisopropilamiduro de litio y sus mezclas.
La reacción de desprotonación se realiza preferiblemente en un disolvente capaz de disolver la sal de partida de fórmulas VIII.1 u VIII.2, así como los otros reactivos.
La naturaleza del disolvente depende igualmente de la fuerza de la base. En efecto, en el caso de una base fuerte y de sales de partida particularmente reactivas, puede ser necesario trabajar a baja temperatura.
Generalmente, la temperatura de reacción está comprendida entre 40ºC y -78ºC, preferiblemente entre 30 y -50ºC, mejor aún entre 25 y -40ºC, por ejemplo entre 20 y -30ºC.
Son disolventes utilizables en el procedimiento de preparación de los carbenos éteres cíclicos o no, tales como éter de dietilo, éter de diisopropilo, tetrahidrofurano, dioxano, dimetoxietano o éter dimetílico de dietilenglicol.
Otros disolventes utilizables son sulfóxido de dimetilo, dimetilformamida, dimetilacetamida, hexametilfosforilamida: [(CH_{3})_{2}N]_{3}PO y hexametilfosforamida [(CH_{3})_{2}N]_{3}P.
Los carbenos de fórmula II.1 en los que A y B representan los dos un átomo de carbono pueden prepararse igualmente por reducción de las tionas correspondientes de fórmula IX:
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Esta reacción se describe por N. Kuhn en Synthesis, 1993, 561. Preferiblemente, la reacción se efectúa en un disolvente de tipo éter o amida, tal como se ha definido antes, a una temperatura comprendida entre 50 y 150ºC, en presencia de potasio.
Las sales de partida de fórmulas VIII.1 y VIII.2 pueden prepararse por su parte por reacción de imidazoles, pirazoles, triazoles y tetrazoles correspondientes con un ácido apropiado.
La naturaleza del anión X^{-} en las sales de fórmulas VIII.1 y VIII.2 depende del ácido utilizado en esta etapa. Los ácidos utilizables son por ejemplo los enumerados antes y de los que se deriva X^{-}.
Otro método de síntesis de las sales de fórmula VIII.1 en la que A = B = C se describe en el documento US 5 077 414.
Este procedimiento comprende la reacción de un compuesto X \alpha-dicarbonilado de fórmula:
(X)_{4}---
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}
---
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}
--- T_{3}
en la que T_{3} y T_{4} son tal como se ha definido antes con HCHO y dos aminas de fórmulas T_{1}-NH_{2} y T_{2}-NH_{2} en presencia de un ácido apropiado.
Otros métodos de preparación de las sales de fórmulas VIII.1 y VIII.2 se proponen en Chem. Eur. J. 1996, 2, nº 12, páginas 1627-1636 y Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2162-2187.
Los compuestos de fórmula IX pueden prepararse por condensación de una tiourea apropiada de fórmula XI:
(XI)T_{1}HN ---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{S}}
--- NHT_{2}
con una \alpha-hidroxiacetona de fórmula XII:
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en las que T_{1}, T_{2}, T_{3} y T_{4} son tal como se ha definido antes. Se describen especialmente condiciones de funcionamiento apropiadas por N. Kuhn en Synthesis, 1993, 561.
Según un modo de realización particularmente preferido de la invención, el complejo metálico de la invención tiene como fórmula:
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en la que L es tal como se ha definido antes.
Un método simple de preparación de este complejo consiste en hacer reaccionar el carbeno L con el catalizador de Karstedt de fórmula media Pt_{2}[ViMe_{2}Si- O-SiMe_{2}Vi]_{3} en la que Vi representa el radical vinilo.
Esta reacción puede realizarse en masa o en un disolvente.
Son ejemplos de disolventes apropiados éteres cíclicos o no, tales como éter de dietilo, éter de diisopropilo, tetrahidrofurano, dioxano, dimetoxietano o éter dimetílico de dietilenglicol; amidas tales como dimetilformamida o dimetilacetamida; hidrocarburos aromáticos (tales como tolueno, xilenos y más particularmente tolueno); y alcoholes alifáticos de tipo alcanol(C_{1}-C_{4}) (tales como etanol o isopropanol).
De manera ventajosa, la reacción se efectúa en un éter, y preferiblemente en tetrahidrofurano.
La temperatura de reacción varía habitualmente entre 10 y 50ºC, preferiblemente entre 15 y 35ºC, muy preferiblemente entre 20 y 25ºC.
Es deseable trabajar en presencia de un ligero exceso de carbeno con relación al platino. Así, la relación en moles del carbeno L a platino varía generalmente entre 1 y 1,3, preferiblemente entre 1 y 1,1.
Una manera simple de actuación consiste en verter, a la temperatura apropiada, una solución del carbeno en un disolvente en un reactor que contenga una solución del catalizador de Karstedt en este mismo disolvente.
La molaridad de las soluciones de carbeno y de catalizador no es crítica según la invención.
Según otro de sus aspectos, la invención se refiere a una composición catalítica que comprende, como materia activa, uno o varios complejos metálicos según la invención.
Los complejos de fórmula I de la invención son utilizables como catalizador de reacciones de hidrosililación. Los catalizadores de la invención permiten una catálisis homogénea de la reacción.
Por reacción de hidrosililación se entiende según la invención la reacción de un compuesto con doble enlace etilénico o con triple enlace acetilénico (compuesto insaturado) con un compuesto que presente al menos un motivo
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de manera que se forme un enlace C-Si.
La reacción de hidrosililación puede esquematizarse como sigue, en el caso de un compuesto con doble enlace etilénico:
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y, en el caso de un compuesto con triple enlace acetilénico:
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Los compuestos con doble enlace etilénico pueden comprender uno o varios dobles enlaces y de 2 a 40 átomos de carbono. Estos compuestos pueden ser hidrocarburos alifáticos de cadena hidrocarbonada lineal o ramificada, o bien hidrocarburos cíclicos, llevando eventualmente dichos hidrocarburos cíclicos o alifáticos uno o varios sustituyentes de tipo arilo(C_{6}-C_{18}) eventualmente sustituido por alquilo(C_{1}-C_{6}). Los dobles enlaces son generalmente terminales. Preferiblemente, el compuesto con doble enlace etilénico presenta un sólo doble enlace.
Son ejemplos de olefinas etileno, propileno, 1-butileno, 1-penteno, 2-metilbuteno-1, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, 3-etilhexeno-1, 1-deceno, 4,4-dimetilnoneno-1, vinilciclohexeno, estireno y 2-vinilnaftaleno.
Los compuestos con triple enlace acetilénico pueden comprender uno o varios triples enlaces y de 2 a 40 átomos de carbono. Estos compuestos son generalmente hidrocarburos alifáticos de cadena hidrocarbonada, lineal o ramificada, eventualmente sustituida por cicloalquilo(C_{3}-C_{10}) (cuyo cicloalquilo puede llevar eventualmente uno o varios alquilo(C_{1}-C_{6})) o/y por arilo(C_{6}-C_{10}) (cuyo arilo cicloalquilo puede llevar eventualmente uno o varios alquilo(C_{1}-C_{6})). Preferiblemente, los compuestos con triple enlace acetilénico presentan un sólo triple enlace. Los triples enlaces son generalmente terminales. Son ejemplos: etinilo, 2-propinilo, 1-propinilo y 2-penten-4-inilo.
La hidrosililación de compuestos que comprenden a la vez uno o varios dobles enlaces etilénicos y uno o varios triples enlaces acetilénicos está igualmente considerada en el marco de la invención.
En las condiciones de funcionamiento prescritas normalmente en la bibliografía para las reacciones de hidrosililación, se observa la formación de dos tipos de subproductos de la reacción de hidrosililación, a saber, los productos de isomerización y los productos de hidrogenación. Los productos de isomerización resultan de la isomerización de los dobles enlaces. Los productos de hidrogenación resultan de la hidrogenación de los dobles y triples enlaces.
De manera sorprendente, cuando se realiza la hidrosililación utilizando los complejos metálicos de la invención como catalizador, se limita fuertemente la formación de estos subproductos. Más particularmente, se constata una fuerte reducción de la proporción de isómeros formados.
La reacción de hidrosililación puede realizarse en un disolvente o en ausencia de disolvente. Como variante, uno de los reactivos puede actuar en el papel de disolvente: por ejemplo, el compuesto con doble enlace etilénico o con triple enlace acetilénico.
Son disolventes apropiados los disolventes miscibles con el compuesto con motivo Si-H.
En las condiciones de la reacción de hidrosililación, el complejo catalizador de la invención debe ser solubilizado en el medio de reacción.
Según un modo de realización preferido de la invención, el medio de reacción de la reacción de preparación del complejo catalizador se utiliza tal cual o tras diluir, sin aislamiento intermedio.
El compuesto con motivo Si-H puede ser un hidruro de silicio de fórmula XIII:
XIII_{a} ---
\delm{S}{\delm{\para}{H}}
i --- X_{3-a}
en la que:
X es un radical que comprende un heteroátomo tal como O, Si, un átomo de halógeno o el átomo de carbono de un grupo alifático o aromático;
R es un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo arilo, un grupo cicloalquilo, un grupo alcoxi, un grupo ariloxi o un grupo cicloalcoxi;
a es un número entero de 0 a 3.
Debe entenderse que, según la invención, los grupos alifáticos, aromáticos, alquilo, arilo, cicloalquilo, alcoxi, ariloxi y cicloalcoxi pueden ser sustituidos o no. La naturaleza de los sustituyentes se define de manera que no se dé lugar a reacciones secundarias durante la reacción de hidrosililación.
Son ejemplos apropiados de silano HSi(OC_{2}H_{5})_{3} y HSi(C_{2}H_{5})_{3}.
El compuesto con motivo Si-H puede ser un siloxano de fórmula XIV:
19
en la que P_{1} a P_{5} se escogen independientemente entre alquilo, arilo, alcoxi, ariloxi, arilalquilo o arilalcoxi eventualmente sustituidos. P_{3}, P_{4} y/o P_{5} pueden representar igualmente un átomo de hidrógeno.
Preferiblemente, P_{1} a P_{5} se escogen independientemente entre un grupo alquilo(C_{1}-C_{22}), preferiblemente alquilo(C_{1}-C_{10}); un grupo arilo (C_{6}-C_{10}) eventualmente sustituido por uno o varios alquilo(C_{1}-C_{10}) y/o alcoxi(C_{1}-C_{10}); un grupo alcoxi(C_{1}-C_{22}); preferiblemente alcoxi(C_{1}-C_{10}); ariloxi(C_{6}-C_{10}) en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo(C_{1}-C_{6}) y/o alcoxi(C_{1}-C_{6}); aril(C_{6}-C_{10})alquilo(C_{1}-C_{10}) en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo(C_{1}-C_{6}) y/o alcoxi(C_{1}-C_{6}); o bien aril(C_{6}-C_{10})alcoxi(C_{1}-C_{10}) en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo(C_{1}-C_{6}) y/o alcoxi(C_{1}-C_{6}).
El compuesto con motivo Si-H puede ser un polímero de tipo polihidrógenosiloxano. Otros polímeros y copolímeros apropiados son los polihidrosilanos que comprenden un número importante de motivos recurrentes que contienen enlaces Si-H.
Preferiblemente, los polímeros utilizables tienen motivos recurrentes de fórmula:
--- X ---
\melm{\delm{\para}{R _{o} }}{S}{\uelm{\para}{H}}
i ---
en la que X es un radical que comprende un heteroátomo tal como O, Si o el átomo de carbono de un grupo alifático o aromático; y R_{o} es un átomo de hidrógeno o un grupo orgánico escogido entre alquilo, arilo, cicloalquilo, alcoxi, ariloxi o cicloalcoxi. Como ejemplos, se pueden mencionar los polihidrosiloxanos de fórmula:
20
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en la que
R_{7} a R_{13} son independientemente un átomo de hidrógeno o un grupo orgánico. Preferiblemente, R_{7}, R_{8}, R_{9}, R_{10}, R_{11}, R_{12} y R_{13} se escogen entre un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo, arilo, cicloalquilo, alcoxi, ariloxi y cicloalcoxi;
n es un número entero al menos igual a 1 y preferiblemente al menos igual a 10 y, mejor, comprendido entre 10 y 100.
Son polímeros apropiados polimetilhidrógenosiloxano, polidimetilsiloxano con grupo -SiH terminal, copolímeros de metilhidrógenodimetilsiloxano, copolímeros de metilhidrógenometiloctilsiloxano y polímeros de metilhidrógenociclosiloxano.
En general, los polímeros utilizables en la reacción tienen una masa molecular media de 300 o más y preferiblemente comprendida entre 300 y 10.000 (g/mol).
Se describen ejemplos de hidruros de silicio en el documento US 5 359 113.
Son ejemplos de disolventes utilizables para la hidrosilación especialmente hidrocarburos alifáticos (tales como pentano, hexano, heptano, pentametilheptano o fracciones de destilación del petróleo); hidrocarburos aromáticos (tales como benceno, tolueno y xilenos: orto-xileno, para-xileno y meta-xileno); hidrocarburos alifáticos o aromáticos halogenados (tales como tetracloroetileno); o éteres (tales como tetrahidrofurano o dioxano).
La reacción de hidrosililación puede realizarse a una temperatura comprendida entre 15ºC y 300ºC, por ejemplo entre 20 y 240ºC, mejor aún entre 70 y 200ºC, especialmente entre 50 y 140ºC, muy preferiblemente entre 50 y 100ºC.
La cantidad relativa de compuesto insaturado y de compuesto con motivo Si-H puede controlarse de manera que se asegure la reacción de todas las insaturaciones con enlaces Si-H.
Es preferible sin embargo funcionar en presencia de un exceso en moles de insaturación.
Generalmente, la relación en moles de insaturaciones a enlaces Si-H varía entre 1:100 y 10:1.
La concentración de compuesto insaturado en el medio de reacción está comprendida entre 2 y 50% en peso.
Según la invención, la reacción de hidrosililación se realiza en presencia de una cantidad catalítica de uno o varios complejos según la invención. Por cantidad catalítica se entiende menos de un equivalente en moles de platino con relación a la cantidad de insaturaciones presentes en el medio de reacción.
De manera general, es suficiente introducir en el medio de reacción menos de 1.000 ppm, preferiblemente menos de 100 ppm, mejor aún menos de 50 ppm de platino, calculado con relación a la masa total del compuesto insaturado y del compuesto con motivos Si-H.
Según un modo de realización preferido de la invención, se ponen en un reactor, bajo agitación, el compuesto insaturado, el catalizador y el disolvente. Se lleva el conjunto a la temperatura deseada y se introduce, bajo agitación, el compuesto con motivo
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21
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La invención se ilustra en lo que sigue a la luz de los ejemplos siguientes.
Ejemplo 1 1- Preparación del carbeno de fórmula
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22
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(véase Chem. Eur. J. 1996, 2, 1627).
Para esta reacción, todos los objetos de vidrio utilizados se secan en estufa a 150ºC durante una noche y se enfrían después bajo argón.
El THF se destila sobre sodio/benzofenona inmediatamente antes de utilizar.
Se carga un matraz de tres bocas de 100 ml con 2,70 g (10 mmoles) de cloruro de 1,3-diciclohexilimidazolinio y se purga después por una corriente de argón antes de ponerse en suspensión en 20 ml de THF. Se condensan a continuación aproximadamente 50 ml de amoníaco a 78ºC en el matraz de tres bocas produciendo la disolución parcial de la sal. Se retira el baño de acetona/hielo carbónico y se añaden lentamente 270 mg de NaH al 95% (10,7 mmoles - 1,07 eq.) con ayuda de una ampolla de sólido. Cada adición de NaH es seguida por un desprendimiento gaseoso importante (H_{2}) y la sal en suspensión se disuelve progresivamente. La mezcla de reacción se agita durante 1 h 30 min a reflujo del disolvente. Se evapora el amoníaco a continuación y se obtiene una solución amarilla pálida así como un sólido en suspensión (NaCl). Esta solución cuya concentración de carbeno es de 0,5 M en THF se utiliza inmediatamente para la preparación de los complejos.
2- Preparación del complejo de platino de fórmula
23
Se prepara una solución de Karstedt del 10% en peso de platino (o sea, 1,52 mmoles de platino) conforme al procedimiento descrito en el documento US 3 775 452.
A 3 g de esta solución, mantenida bajo agitación y diluida en 10 ml de tetrahidrofurano, se añaden gota a gota con ayuda de una ampolla de bromo, 3,2 ml de una solución 0,5 M del carbeno de fórmula:
24
en tetrahidrofurano. La adición es completa al cabo de 10 minutos. Se agita seguidamente la mezcla de reacción durante 50 minutos a temperatura ambiente. En su caso, se filtra el ligero insoluble y se concentra bajo vacío la mezcla de reacción.
Después de concentrar, se obtiene un residuo viscoso ligeramente amarillo. En algunas horas, precipita un sólido blanco abundante en el diviniltetrametildisiloxano residual. Éste se filtra, y se lava con algunos mililitros de hexametildisilazano y después pentano. Se obtienen así 570 mg (rendimiento 60%) de un polvo blanco analíticamente puro.
Una fracción de este polvo se recristaliza en una mezcla de diclorometano/etanol absoluto. Los cristales resultantes se analizan por difracción de rayos X. El análisis confirma la estructura del complejo obtenido.
Ejemplo 2 1- Preparación del carbeno de fórmula
25
Este carbeno se prepara por utilización del modo de funcionamiento ilustrado en el ejemplo 1, párrafo 1, salvo que los 2,7 g (10 mmoles) de cloruro de 1,3-diciclohexilimidazolinio son sustituidos por 2,3 g (10 mmoles) de yoduro de 1,3-dimetilimidazolinio.
2- Preparación del complejo de platino de fórmula
26
Este carbeno se prepara por utilización del modo de funcionamiento ilustrado en el ejemplo 1, salvo que el carbeno utilizado como producto de partida tiene como fórmula:
27
Después de concentrar, se obtiene una pasta amarilla. Ésta se filtra y se lava abundantemente con pentano caliente. Se aísla un sólido blanquecino (rendimiento 35%) que se recristaliza en etanol. Los cristales resultantes se analizan por difracción de rayos X. El análisis confirma la estructura del complejo obtenido.
Ejemplo 3 Hidrosililación de oct-1-eno por acción de (CH_{3})_{3}Si-O-Si(CH_{3})(H)-OSi(CH_{3})_{3}
En un reactor de tres bocas de 250 ml equipado de un refrigerante, agitación magnética y vaina termométrica, y calentado con un baño de aceite, se ponen 5 g (45 mmoles) de oct-1-eno, 10 g (1 equivalente de motivos SiH con relación a oct-1-eno) de (CH_{3})_{3}Si-O-Si(CH_{3})(H)-OSi(CH_{3})_{3}, 5 g de dodecano (utilizado como patrón interno para el análisis por cromatografía en fase gaseosa) y ortoxileno en cantidad suficiente de manera que se asegure una concentración 0,5 M en reactivo sililado y en oct-1-eno. El conjunto se lleva a 70ºC y se mantiene bajo agitación.
Se añade después a la mezcla precedente, de una sola vez, una solución del catalizador en diclorometano que contiene 30 ppm de platino calculadas con relación a la cantidad total de derivado sililado y oct-1-eno.
Se sigue la evolución de la reacción por cromatografía en fase gaseosa (CFG).
Las tomas sucesivas analizadas por CFG se eluyen previamente en una columna de carbón activo.
La reacción de hidrosililación precedente se realiza en las mismas condiciones a partir de tres catalizadores diferentes:
-
el catalizador de Karstedt preparado según el documento US 3 775 452;
-
el catalizador preparado en el ejemplo 1;
-
el catalizador preparado en el ejemplo 2.
Los resultados obtenidos expresados en índice de transformación (\tau) de enlaces Si-H en el derivado sililado y en porcentaje de isomerización (p) se relacionan en la tabla siguiente.
TABLA
28
Se constata que los catalizadores de la invención conducen a porcentajes de isomerización muy inferiores (de un factor de 3).
Ejemplo 4
En este ejemplo, se realiza la hidrosililación de 1-octeno por acción de (CH_{3})_{3}SiO-Si(H)(CH_{3})-OSi(CH_{3})_{3} en presencia del complejo del ejemplo 2 como catalizador.
Las cantidades de reactivos y de catalizador utilizadas son las mismas que en el ejemplo 3. Sólo se modificó la manera de proceder. En un matraz de tres bocas de 100 ml equipado de agitación mecánica, de refrigerante y calentado por un baño de aceite, se ponen 5 g (45 mmoles) de oct-1-eno, 5 g de dodecano y la solución de catalizador en diclorometano (que contiene 30 ppm de platino calculadas con relación a la cantidad total de derivado sililado y oct-1-eno). Esta solución se mantiene bajo agitación y se lleva a 70ºC. Se introducen después gota a gota en el medio de reacción 10 g (1 equivalente de motivos Si-H con relación a oct-1-eno) de (CH_{3})_{3}SiO-Si(CH_{3})(H)-OSi(CH_{3})_{3}. Se sigue la evolución de la reacción por cromatografía en fase gaseosa. Se obtiene un índice de transformación de enlaces Si-H en el derivado sililado del 96% y un porcentaje de isomerización del 1,5%.

Claims (16)

1. Un complejo metálico de fórmula I:
29
en la que:
M representa un metal con estado de oxidación 0 escogido entre los metales del grupo 8 de la tabla periódica tal como la publicada en Handbook of Chemistry and Physics, 65ª edición, 1984-1985;
X representa O, NR_{a} o CR_{f}R_{g};
Y_{1} e Y_{2} representan independientemente uno del otro CR_{b}R_{c} o SiR_{d}R_{e};
R_{1}, R_{2}, R_{5} y R_{6}, idénticos o diferentes, se escogen entre un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo y un grupo arilo eventualmente sustituido por alquilo;
R_{3}, R_{4}, R_{a},R_{b} y R_{c} se escogen independientemente entre un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; y arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo;
R_{d} y R_{e} se escogen independientemente entre alquenilo; alquinilo; alquilo; alcoxi; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; y arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo; o bien
cuando Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e}, dos grupos R_{d} unidos a dos átomos de silicio distintos forman juntos una cadena de fórmula:
--- X --- (
\melm{\delm{\para}{R'}}{S}{\uelm{\para}{R}}
i --- X)_{n} ---
en la que
n es un número entero de 1 a 3; X es tal como se ha definido antes; R y R', idénticos o diferentes, toman uno cualquiera de los significados dados antes para R_{e}, bien entendido que, cuando n es 2 ó 3, un sólo átomo de silicio de dicha cadena puede estar sustituido por uno o dos grupos alquenilo o alquinilo; o bien
cuando Y_{1} e Y_{2} representan independientemente SiR_{d}R_{e}, dos grupos R_{d} unidos a dos átomos de silicio distintos forman juntos una cadena hidrocarbonada saturada, los dos grupos R_{b} junto con dichos átomos de silicio y X forman un ciclo de 6 a 10 eslabones; o bien
cuando Y_{1} e Y_{2} representan independientemente CR_{b}R_{c}, dos grupos R_{b} unidos a dos átomos de carbono distintos forman juntos una cadena hidrocarbonada saturada, los dos grupos R_{b} junto con los átomos de carbono que los llevan y X forman un ciclo de 6 a 10 eslabones; y
R_{f} y R_{g} representan independientemente uno del otro un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; acilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo; arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo; un átomo de halógeno; un grupo alquenilo; un grupo alquinilo; o un grupo SiG_{1}G_{2}G_{3} en el que G_{1}, G_{2} y G_{3} son independientemente uno del otro alquilo; alcoxi; arilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; o arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo o alcoxi;
L representa un carbeno de fórmulas II.1 o II.2:
30
en las que:
-
A y B representan independientemente C o N, bien entendido que cuando A representa N, T_{4} no representa nada y cuando B representa N, T_{3} no representa nada;
-
T_{3} y T_{4} representan independientemente un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; arilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; alquenilo; alquinilo; o arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo o alcoxi;
-
T_{1} y T_{2} representan independientemente un grupo alquilo; un grupo alquilo perfluorado o eventualmente sustituido por un grupo perfluoroalquilo; cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; arilo eventualmente sustituido por alquilo o alcoxi; alquenilo; alquinilo; o arilalquilo en el que la parte arilo está eventualmente sustituida por alquilo o alcoxi; o bien
-
los sustituyentes T_{1}, T_{2}, T_{3} y T_{4} pueden formar dos a dos, cuando están situados sobre dos vértices adyacentes en las fórmulas II.1 y II.2, una cadena hidrocarbonada saturada o insaturada.
2. Un complejo metálico según la reivindicación 1ª, en el que X representa O; Y_{1} e Y_{2} representan independientemente uno del otro SiR_{d}R_{e}.
3. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que L representa un carbeno de fórmula II.1.
4. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque R_{1}, R_{2}, R_{5} y R_{6} son átomos de hidrógeno.
5. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque R_{3} y R_{4} representan un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo; arilo eventualmente sustituido por alquilo; o cicloalquilo eventualmente sustituido por alquilo.
6. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque A y B representan los dos un átomo de carbono.
7. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque T_{3} y T_{4} representan un átomo de hidrógeno.
8. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque T_{1} y T_{2}, idénticos o diferentes, representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8}); o bien R_{3} y R_{4}, idénticos o diferentes, representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8}); o bien todavía T_{1}, T_{2}, R_{3} y R_{4}, idénticos o diferentes, representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8}).
9. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque T_{1} y T_{2} son idénticos y representan cicloalquilo(C_{3}-C_{8}).
10. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque M es un metal escogido entre Pt, Pd y Ni.
11. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque M es platino en estado de oxidación 0.
12. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque R_{3} = R_{4}; R_{1} = R_{6}; R_{2} = R_{5}; y o bien Y_{1} = Y_{2} o bien Y_{1} = CR_{b}^{1}R_{c} e Y_{2} = CR_{b}^{2} R_{c} en donde R_{b}^{1} y R_{b}^{2} forman juntos un cadena simétrica, o todavía Y_{1} = SiR_{d}^{1}R_{e} e Y_{2} = SiR_{d}^{2}R_{e} en donde R_{d}^{1} y R_{d}^{2} forman juntos una cadena simétrica.
13. Un complejo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, de fórmula:
31
en la que:
R_{3} representa un átomo de hidrógeno; un grupo alquilo(C_{1}-C_{8}); o un grupo cicloalquilo(C_{3}-C_{8}) eventualmente sustituido por alquilo(C_{1}-C_{4});
T_{1} y T_{2} son idénticos y representan alquilo(C_{1}-C_{8}) o cicloalquilo(C_{3}-C_{8});
R_{d} y R_{e} son tal como se ha definido en la reivindicación 1ª.
14. Un procedimiento de hidrosililación de olefinas o de derivados acetilénicos, caracterizado por realizarse en presencia de un catalizador que comprende el complejo metálico de una cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 13ª.
15. Un procedimiento de hidrosililación según la reivindicación 14ª, que comprende la reacción de una olefina con un siloxano con motivo Si-H.
16. Una composición catalítica que comprende, como materia activa, uno o varios complejos metálicos según una cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 13ª.
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