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COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS EN QUÍMICA ORGÁNICA
Reactivos organometálicos de metales de los grupos I y II
Reactivos de GrignardReactivos de Grignard
Reactivos organolíticos
Reactivos de organozincg
Compuestos organometálicos con metales de transición
Reacciones con intermedios de organocobre
Reacciones con intermedios de organopaladio
1
COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS EN QUÍMICA ORGÁNICA
Características generalesPresentan un enlace C-M polarizadoPresentan un enlace C-M polarizado
La polarización del enlace depende tanto de la parte orgánica como del metal
La reactividad aumenta con el carácter iónico del enlace
Reactivos de Na y KC-M Caràcter iónicoC-K 51%C-Na 47%
Reactivos de Na y KSe inflaman en contacto con el aireReaccionan violentamente con el aguaPoco volátiles
C-Li 43%C-Mg 35%C Z 18%
Reactivid
d Insolubles en disolventes apolares
Compuestos más covalentesReaccionen lentamente con el agua y elC-Zn 18%
C-Cd 15%C-Hg 9%
da Reaccionen lentamente con el agua y el oxígenoAlgunos son volátiles y pueden destilarseSolubles en hidrocarburos t éteres
2
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reactivos de Grignard (Mg) y reactivos organolíticos
Presentan un enlace carbono-metal fuertemente polarizado -C-M+Presentan un enlace carbono metal fuertemente polarizado C M
Carácter nucleofílico
Carácter básico
OLi
OH
Me
OLiH
HH
ataquenucleófilo
HH
HH
+ MeLi
BaseH
OLiH
Base H
3
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos de Grignard
1. Procedimiento clásico (Reacción de haluros de alquilo con Mg)
Aplicable a la mayoría de haluros de alquilo sencillos.
RI>RBr>RCl, RF no reaccionan
A Cl CH CHCl i ét tíli í THFAr-Cl y CH2=CHCl no reaccionan en éter etílico, pero sí en THF
Ar-Br y Ar-I reaccionan más fácilmente
MBrCl
Mg
èterMgBrCl
Activación del magnesio:
Con I2 o dibromoetanoBr
Br + Mg BrMgBr + MgBr2
Formación de magnesio reactivo por reducción de sales de magnesio con Na o K 4
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos de Grignard
1. Procedimiento clásico (continuación)
MecanismoMecanismoR-Br + Mg R-Br + Mg (I)
R-Br + Mg (I) R-Mg-Br
Estereoquímica:Normalmente se observa racemización total del lugar de reacciónExcepción: Haluros de ciclopropilo y alquenilo puede ser preparados con retención total oExcepción: Haluros de ciclopropilo y alquenilo puede ser preparados con retención total o parcial de la estereoquímica.Una vez formados los bromuros de alquilmagnesio secundarios racemizan muy lentamente.
E ilib i d S hl kEquilibrio de Schlenck:En disolución los haluros de alquilmagnesio se encuentran en equilibrio con los correspondientes compuestos de dialquilmagnesio y MgX2. El desplazamiento del equilibrio depende del disolvente pero se encuentra desplazado hacia la izquierda en la mayoría dedepende del disolvente pero se encuentra desplazado hacia la izquierda en la mayoría de haluros de alquilmagnesio. La presencia de MgX2 (ácido de Lewis) puede tener una gran influencia en la reactividad ya que puede unirse al electrófilo aumentando la reactividad.
2RMgX R Mg + MgX2RMgX R2Mg + MgX25
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos de Grignard (continuación)Preparación de reactivos de Grignard (continuación)
Agregación: En éter, los reactivos de organomagnesio forman agregados. Los dímeros predominan en el caso de los cloruros
2RMgCl MgCl
Mg RR
2. Metalación (intercambio hidrógeno-metal)
Cl
HR + R'MgX MgX + R'-HR
Es el procedimiento habitual para la preparación de reactivos de alquinilmagnesioEs el procedimiento habitual para la preparación de reactivos de alquinilmagnesio. La reacción transcurre satisfactoriamente debido a la mayor acidez de los hidrógenos unidos a carbono sp
3. Intercambio metal-metal: El método es de aplicación general si el metal elemental es más electropositivo que el metal en el reactivo organometálico.
R H M R Mg + HgR2Hg + Mg R2Mg + Hg6
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos
1.Procedimiento clásico (Reacción de haluros con Li metálico)
Aplicable a la mayoría de haluros de alquilo sencillosNo es válido para ioduros de alquilo y haluros muy reactivos por que dan reacciones de acoplamiento (Wurtz)
2 PhCH2-ClLi
PhCH2-CH2Ph
LiCH3-I
LiCH3-CH3
Estereoquímica:Normalmente se observa racemización total o parcial en el lugar de reacciónp gExcepción: Los reactivos de alquenillitio pueden ser preparados con retención de la estereoquímica del doble enlace
A ióAgregaciónHexámeros en hidrocarburosTetrámeros en disolución etérea
7
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
2. Metalación (intercambio hidrogeno-metal)
Es el procedimiento habitual para la preparación de reactivos de alquinillitio, pero
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
Es el procedimiento habitual para la preparación de reactivos de alquinillitio, pero también de otros. La reacción procede fácilmente debido a la acidez de los hidrógenos unidos a carbono sp.
HR + BuLi Bu-H LiR+HR
+ BuLi Bu-H +LiLi
+ t-BuLi t-Bu-H +
Li
8
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
2. Metalación (intercambio hidrógeno-metal) (continuación)
Compuestos aromáticos con sustituyentes que se pueden coordinar al ión Li
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
Compuestos aromáticos con sustituyentes que se pueden coordinar al ión Li (alcóxido, amido, sulfonamido) se metalan en orto
Grupo 1. Activación fuerte: -CN, -SO2NR2, O-CONR2, 2-oxazolina. (Grupos electronatrayentes con
d l t l tpares de electrones no enlazantes capaces de coordinarse con el Li.
Grupo 2. Activación moderada: -CH NR F CF OMeCH2NR2, -F, -CF3, -OMe, -OCH2OMe, -SR.
Grupo 3. Activación débil: -CH2OLi, -CH(OLi)NR NR Coordinen a la
SO2NMe2 BuLi SO2NMe2
CH(OLi)NR2, -NR2. Coordinen a la base pero tienen carácter electrondador
BuLi
THF, TMEDA Li 9
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos organolíticos (continuación)
2. Metalación (intercambio hidrógeno-metal) (continuación)
Compuestos heteroaromáticos y vinil éteres se metalan en posiciones contiguas al
Preparación de reactivos organolíticos organolíticos (continuación)
Compuestos heteroaromáticos y vinil éteres se metalan en posiciones contiguas al heteroátomo
Compuestos con grupos capaces de estabilizar carbaniones
S CH RO BuLi
S CHRO Li
S CH2RO
S CHRO
10
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
3. Intercambio halógeno-metal
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
R-X + R'-Li R-Li + R'-X
Es el segundo método en importancia. La reacción transcurre en la dirección de formar el reactivo organolítico más estable, es decir, el derivado con el metal unido al carbono más ácido (con mayor carácter s).
R X + R Li
más ácido (con mayor carácter s).
La fuerza motriz de la reacción es la mayor estabilidad de los carbaniones sp2 respecto a los sp3
11
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivo organolíticos (continuación)
4. Intercambio metal-metal
Preparación de reactivo organolíticos (continuación)
R-M + R'-Li R-Li + R'-H
La reacción procede en la dirección de situar el metal más electropositivo sobre el carbono más ácido (mayor carácter s). El intercambio entre reactivos organometálicos de Sn y Li es uno de los más útiles sintéticamente.
R M + R Li
de Sn y Li es uno de los más útiles sintéticamente.
Bu3SnH CH2-OTHP BuLiH CH2-OTHPH + Bu SnCH2-OTHPH
3 2
Bu3Sn H
2
Li H
+ Bu4Sn
R'-X BuLi+ Bu3SnLi RCHOR'
SnBu3
RCHOR'
Li
RCHO
SnBu3
R XRCHO
BuLi
BuLi
+ Bu4Sn
R2NCH2SPh + Bu3SnLi R2NCHSPhBuLi
R2NCSPhSnBu3
+ Bu4SnLi
12
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reactividad:- +
-Carácter básico
-Carácter nucleofílicoC M
+
-SN sobre carbono saturado
-Adición sobre carbono insaturado
C áComportamiento básico
H2O + RMgX R-H + XMgOH
H2O + RLi R-H + LiOH
R'OH + RLi R-H + R'O-Li
i-Pr2NH + RLi R-H + i-Pr2NLi (Preparación LDA)2
13
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones de sustitución nucleofílica sobre carbono saturadoLa alquilación de reactivos organolíticos con agentes alquilantes tiene una aplicación limitada La reacción de reactivos organolíticos de alquilo puede transcurrir por vía radicalarialimitada. La reacción de reactivos organolíticos de alquilo puede transcurrir por vía radicalaria
Los reactivos organolíticos estabilizados (alílicos y bencílicos) funcionan mejor. Con bromuros de alquilo se observa un elevado grado de inversión (mecanismo SN2)
R = 58%
100% inversió
14
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones de sustitución nucleofílica sobre carbono saturadoReactivos de alquenillitio pueden alquilarse de manera efectiva con ioduros y bromuros de alquilode alquilo
La alquilación de reactivos de Grignard tiene algún valor sintético especialmente conLa alquilación de reactivos de Grignard tiene algún valor sintético, especialmente con haluros de metilo, alílicos o bencílicos, y también con sulfonatos o sulfatos de alquilo
15
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con epóxidosReacciones con epóxidosLos reactivos de Grignard y organolíticos reaccionen con epóxidos para dar alcoholes extendiendo la cadena carbonada en dos átomos adicionales. La reacción suele transcurrir por un mecanismo S 2 con inversión sobre el carbono menos sustituidopor un mecanismo SN2 con inversión sobre el carbono menos sustituido
16
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Epóxidos (Reacciones secundarias)
17
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones sobre carbono saturado (resumen)
18
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con compuestos carbonílicos-Es el tipo de reacciones más importante de los reactivos de Grignard y de los reactivos organolíticosorganolíticos.
Aldehídos y cetonas: Reaccionan para dar alcoholes
O R3MgX R3H O+OMgX R3 OH
R1 R2
O R3MgX
R1 R2
H3O+OMgX
R1 R2
OH
O 3 R3 OLi R3 OH
R3
R1 R2
O R3Li
R1 R2
R H3O+OLi
R1 R2
R OH
R3
Con reactivos de Grignard en el ET participan dos moléculas del reactivo organometálico.
19
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)- Transposición: Reactivos de Grignard alílicos pueden dar productos resultantes de la transposición del reactivo. La adición tiene lugar a través de un ET cíclico de seis miembros (metalo Claisen)
Si la cetona está muy impedida este método de adición se ve suplantado por el ataque por el carbono primario
(C
20
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)- Reducción: Con reactivos de Grignard que tienen un H en en el metal, la reducción del grupo carbonilo a alcohol puede competir con la adición. El problema es especialmente grave con cetonas impedidas o reactivos de Grignard voluminosos
M BB M
O
MgBrBrMg
OH
OHO
21
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)- Enolización: La formación de enolatos puede ser una reacción competitiva en algunos casos. La cetona se recupera inalterada después de neutralizar la mezcla de reacción. El problema puede ser grave en cetonas impedidas o compuestos 1,3-dicarbonílicos.
OEtMgBr O
O H2OOMgBr
En algunos casos el problema se puede evitar utilizando reactivos de Li o mejor de cerioEn algunos casos el problema se puede evitar utilizando reactivos de Li, o mejor de cerioO
EtMgBrOH
OEtLi
OHEt
OEtMgBr O
O OH
CeCl3Et 22
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Estereoquímica)
- Compuestos acíclicos: Reglas de Cram
- Ciclohexanonas: Ataque ecuatorial para dar el alcohol axial está ligeramente favorecido. La preferencia aumenta con el volumen del reactivo (Grignard i Li)
Ot-Bu
CH3Lit-Bu t-Bu
OH
CH3
CH3
OH
65%
+
35%65% 35%
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REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Aplicaciones)-Alcohols primarios a partir de formaldehído
- Alcoholes secundarios a partir de aldehídos
- Alcoholes terciarios a partir de cetonasAlcoholes terciarios a partir de cetonas
O OH
1. EtMgBr
2. H2O
OH
24
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con derivados de ácido: Cuando unido al carbonilo hay un grupo saliente, el paso de adición va seguido de expulsión del grupo saliente para dar una cetona, la cual puede reaccionar con otra molécula del reactivo organometálico.
R1 X
OR2MgX
R1 X
R2 O
R1 R2
O R2MgXR1 R2
R2 O H3O+
R1 R2
R2 OH
R2 R2
Esteres: La reacción con un Grignard o organolítico conduce a un alcoholEsteres: La reacción con un Grignard o organolítico conduce a un alcohol terciario con incorporación de dos grupos carbonados del reactivo.
25
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con otros ésteres:
Carbonatos: Conducen a alcoholes terciarios con tres sustituyentes iguales.
RO OR
OR2MgX
RO OR
R2 O
RO R2
O R2MgXRO R2
R2 O
R2 R2
R2 O H3O+
R2 R2
R2 OH
R2 R2
O R2MgX
Formiatos: Conducen a alcoholes secundarios con dos grupos iguales
H OR
OR2MgX
H OR
R2 O
H R2
O R2MgXR2 R2
H O H3O+
R2 R2
H OH
R2R2
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REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Lactonas: Conducen a dioles.
R2MgX R2MgX H3O+O
O R2 O
R2
O
R2
R2 OR2
R2 OH
gO O R2
ORO OH
Reacciones con anhídridos y cloruros de ácido
No suele se ventajosa. Con cloruros de ácido es posible preparar cetonas por adición de i l t d l ti b j t t Si b l ió difí il dun equivalente del reactivo a baja temperatura. Sin embargo la reacción es difícil de
controlar.
-30 oC OCH3CH2CH2COCl + CH3(CH2)4CH2MgBr
THFCH3(CH2)2C(CH2)5CH3
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REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Síntesis de compuestos carbonílicos con reactivos de Grignard. La adición de reactivos de Grignard a amidas y ésteres de 2-piridintiol conduce a cetonas
O
O
HNMe2 R NMe2
O R'MgX
R NMe2
R' O-MgX H3O+
R R'
O
R Cl
R S
O
N
R'MgX
R S N
R'OMgX H3O+
R R'
O
N SHR S N R S N
Si utilizamos dimetilformamida o ortoformiatos se obtienen aldehídos.
H NMe2
O R'MgX
H NMe2
R' O-MgX H3O+
H R'
O
OEtOEtH
OEt
R'MgX OEtOEtH
OEt X
OEtOEtH
R'
H3O+
H R'
O
OEt OEtMgR' X R
28
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacción con ácidos carboxílicos.Reactivos de Grignard y organolíticos reaccionan de manera diferente frente a ácidos carboxílicos.
Ph OH
O
Ph O-Li
OPh O-Li
O-Li
R
RLi R-Li H3O+
Ph R
O
-RH
Ph OH
ORMgX
Ph O-MgX
O
RH
RMgX
Reacción con CO2L di ió d ti d G i d líti CO d á id b íli
-RH
La adición de reactivos de Grignard o organolíticos a CO2 conduce a ácidos carboxílicos con homologación de la cadena:
29
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacción con iminas y nitrilos
La reacción de reactivos de Grignard y organolíticos con iminas da lugar a aminas
PhCH=NCH3 + PhCH2MgCl PhCHCH2PhN
MgClCH
H3O+PhCHCH2Ph
NHCHMgClCH3 CH3
También reaccionan con piridinas
[ ]
N
RLi
N
H3O+
RLi
NH
R
[ox]
N R
Los reactivos de Grignard reaccionan con nitrilos para dar cetonas después de la hidrólisis. Con nitrilos alifáticos puede producirse desprotonación en , que es mayor con reactivos organolíticos
Li
reactivos organolíticos
C N CH3
N-MgCl
H3O+ CH3
O
+ CH3MgCl3 3
30
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones sobre grupo carbonilo (resúmen)
R R'
HO Et
R R'
O
R R
O R Et
HO Et
CO2Et OH
O
Et-M(M= Li o MgX)
R OR'
RO OR
O
Et Et
HO EtRCO2H
R Et
O
R Cl
O
1OOMe 1
(sólo Li)
R Et
O
1.R NMe2
2. H3O+
O
HOMe
OMeOMe
1.
2. H3O+H Et
O
R Et
O
ONR'
NHR
31Et-M
(M= Li o MgX)
1.
2. H3O+
RC N
R Et
OR H
R
NHR
Et
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacción con compuestos carbonílicos ,-insaturados
Con aldehídos se produce normalmente adición al grupo carbonilo (adición 1,2).
Con cetonas y ésteres la posición del ataque puede variar dependiendo del reactivo y delCon cetonas y ésteres la posición del ataque puede variar dependiendo del reactivo y del impedimento estérico
Reactivos organolíticos dan adición 1,2
Reactivos de Grignard prefieren la adición 1,2, pero si hay mucho impedimento estérico alrededor del carbonilo pueden dar adición1,4 al doble enlace (especialmente con ésteres).
OMeMgBr
OH
HMeMgBr
o MeLi
CH3CH=CHCOCHCH2CH2CH3
O
CH3
CH3CH2CH2CH2MgBrCH3CH2CH2CH2CHCH2COCHCH2CH2CH3
CH3 O
CH3
32
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn, Cd)
2 10 2 10Configuración M s2 d10 M2+ d10
Las reacciones con reactivos derivados de estos iones metálicos no suelen implicar cambios en el estado de oxidación (red-ox).
Comportamiento similar a los reactivos organometálicos de los grupos I y II pero menos reactivos
Reactivos de dialquilzincReactivos de dialquilzinc
Preparación
a) A partir de reactivos de Grignard. En algunos casos es posible destilar el reactivo de di l il i l d l l d idialquilzinc y separarlo de las sales de magnesio
2 R MgX + ZnX2 R2Zn + 2 MgX2
b) A partir de haluros de alquilo y el par Cu-Zn
2 R-XZn-Cu
2RZnX R2Zn + ZnX2
Schlenk
33
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Preparación
c) Reactivos de vinilzinc Se pueden preparar por transmetalación a partir de vinilboranosc) Reactivos de vinilzinc. Se pueden preparar por transmetalación a partir de vinilboranos.
BH E ZCH2CH2Ph
BH2
CH2CH2PhCy2B Et2Zn
CH2CH2PhEtZn
d) Reactivos de alquinilzinc. Se preparan por metalación a partir de alquinos terminales y reactivos de dialquilzinc.y q
Et2ZnCH2CH2Ph CH2CH2PhEtZn
34
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Reactividad
Carácter básico: Son menos básicos que los reactivos de litio y magnesioCarácter básico: Son menos básicos que los reactivos de litio y magnesio
H2O + R2Zn 2 R-H + ZnO
Carácter nucleófilo:
Reaccionan lentamente con aldehídos y cetonas-Reaccionan lentamente con aldehídos y cetonas
- No reaccionan con ésteres
- Reaccionan con cloruros de ácido para dar cetonasp
O O
ClMeO
O
Et2Zn EtMeO
OO
35
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Adición enantioselectiva a aldehídos y cetonas
-La reacción de reactivos de dialquilzinc con aldehídos y cetonas se ve acelerada porLa reacción de reactivos de dialquilzinc con aldehídos y cetonas se ve acelerada por ligandos N,O.
- Esto ha permitido desarrollar versiones enantioselectivas de esta reacción utilizando ligandos quiralesligandos quirales
H
O
+ Et2Zn
OHNMe2 Et
OH
98% ee
O OH OH O
N
Zn O
Z R
+ Et2ZnMe
OH
85 % eeSO2NHBn
Ti(OPr)4
Et Zn RR
36
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Reacción de Reformatsky
O
BrCH2COEtO Zn
BrZnCH2COEtO
CH2=COEt
OZnBr
O
H3O+ HO CO2Et
2 BrZnCH2COEt CH2 COEt
enolato
También podemos utilizar otros bromuros de compuestos relacionados y bromocetonas
CO EtCO2Et
CO2EtBr CONR2Br CNBr
O+ CH3CHO
Zn O
OHBr Bz-DMSO OH
37
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
La participación de especies organometálicas de cobre se postulan por primera vez como intermedios en reacciones de adición de reactivos de Grignard en presencia de sales de Cu (I)
H CCO
MeMgBr H3CC CHCCH3
OH
CH3
H3CC CHCCH3
MeMgBrCuBr
H3CHC CHCCH3
OCH3
-El átomo de Cu es más blando de los de Li y Mg debido a la presencia de orbitales deEl átomo de Cu es más blando de los de Li y Mg debido a la presencia de orbitales de que hacen que la carga no se encuentre tan localizada
- Las especies organometálicas de Cu(I) son nucleófilos blandos y por lo tanto prefieren atacar el centro electrófilo blando (alqueno) antes que al carbonilo (centroprefieren atacar el centro electrófilo blando (alqueno) antes que al carbonilo (centro duro)
38
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Preparación
Normalmente se preparan a partir de reactivos organolíticos y sales de Cu(I): CuCN, CuI, Me2S-CuBr
Dialquilcupratos de litio
RLi + Cu (I) RCu + Li
2RLi + Cu (I) [R2Cu]Li + Li
3RLi + Cu (I) [R3CuLi2] + Li
Ph H + CuSONH3
Ph Cu
Ci t d d i
Ph H + CuSO4NH2OH, H2O
Ph Cu
2RLi + CuCN [R2CuCN] 2Li2 [(R2CuCN)2] 4Li
4Cianocupratos de orden superior
Su reactividad es semejante a la de los dialquilcupratos, pero son más estables 39
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad.Reactividad.
1.- Reacciones de sustitución.
Los cupratos experimentan reacciones de sustitución por mecanismos diferentes a los ti d Li M L li i ió d l h l l bl l ióreactivos de Li y Mg. La eliminación del haluro no suele ser un problema y la reacción
tolera la presencia de grupos OH libres que serían desprotonados por los reactivos de Li y Mg.
L ió i l tibl l i d tLa reacción es incluso compatible con la presencia de una cetona
IM C Li+ Me2CuLi
ClCl+ Me2CuLi
OBr + CuLi2
O
40
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
ReactividadReactividad
1.- Reacciones de sustitución (cont.).
A diferencia de los reactivos de Li y Mg, los cupratos pueden dar reacciones de tit ió d h l b b 2 L ió ti l t ió lsustitución de haluros sobre carbono sp2 . La reacción tiene lugar con retención en la
estereoquímica del doble enlace.
I+ Me2CuLi
Un posible mecanismo implica la adición del cuprato d10 al haluro para dar un intermedio cuadrado-plano de Cu(III) d8 seguido de eliminación cis para dar el producto de acoplamiento
41
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBREReactividad
1.- Reacciones de sustitución (cont).
Los cupratos también desplazan tosilatos con inversión en la configuración.
Con haluros alílicos se puede producir competencia entre SN y SN’ mientras p p p N y Nque con acetales alílicos suele predominar la reacción SN’
Br + Me2CuLi +Br
OAc+ Me2CuLi
OAc
OAc+ Bu2CuLi
C CHBu 42
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
ReactividadReactividad
1.- Reacciones de sustitución (cont).
Con epóxidos la reacción sigue un comportamiento semejante a los reactivos de Li y Mg. L ió t i ió b l b tit id L ó idLa reacción transcurre con inversión sobre el carbono menos sustituido. Los epóxidos sustituidos con un alqueno experimentan alquilación sobre el doble enlace con apertura del epóxido (SN’).
O OH+ Me2CuLi
O
CH3CH2CH3CH2CHCH2CH3
OH
O
+ Me2CuLi
O
H2CCH3
H3C OH
CH3
CH3
CH3
Con cloruros de ácido los cupratos reaccionan dando cetonas. La reacción es compatible con otros grupos funcionales, como por ejemplo cetona, éster, CN, etc.
43
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
R d i d tit ióResumen de reacciones de sustitución
44
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBREReactividad2 R i d di ió j d2.- Reacciones de adición conjugada.
El carácter de nucleófilo blando de los reactivos de cobre hace que estos se adicionen de manera muy selectiva dobles enlaces conjugados con grupos carbonilo.
El mecanismo más probable es similar al de la sustitución de haluros. Probablemente pse produce un proceso de transferencia de un electrón, formando un radical anión que recombina rápidamente con el cobre. La transferencia de un grupo R del Cu a C da un enolato.
R2Cu + R' R''
O
R' R''
O
R2CuR' R''
OCuR R
R' R'
OR
R'
45
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBREReactividad2 R i d di ió j d T d2.- Reacciones de adición conjugada-Tandem
El producto resultante después de la adición conjugada de un organocuprato a un compuesto carbonílico insaturado es un enolato. Este puede ser neutralizado con agua (d d l d t d di ió 1 4) bi d h i d(dando el producto de adición 1,4) o bien se puede hacer reaccionar con un segundo electrófilo (Tandem)
SiMe
SiMe3H2O O
SiMe3
OMe3Si MgBr
Cu·SMe2
OSiMe3
MeI
O
O O OO O
Me
Br
Me
Me2CuLi
46
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBREReactividad3 R i d di ió l i t i l3.- Reacciones de adición a alquinos terminales
La adición de dialquilcupratos de litio a alquinos terminales conduce a vinilcupratos de litio, estables a baja temperatura La adición es estereoespecífica sinestables a baja temperatura. La adición es estereoespecífica sin.
R' H
H2O
R H
R
R' H
II2
R2CuLi + R' HR' H
I2
ClCN R' H
R CuLi2
R CNBr
H2C CH
CO2Et1
R
R' HH
2 H2O
R
R' HH
HRH CO2EtH
H
47
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
C t i tCupratos mixtosUno de los inconvenientes de los cupratos es que solo uno de los grupos R es transferido al producto de la reacción. Se han preparado cupratos mixtos RR’CuLi en los que uno de los grupos se transfiereSe han preparado cupratos mixtos RR CuLi en los que uno de los grupos se transfiere selectivamente.
Li H
HCH3CH2CH2
1. BuLi
2 C (I)CuCH3CH2CH2
H CH
OSiMe3
2 Cu(I)
Li
O
1
O
H
Cu H
CH
OSiM
CH3CH2CH2
Li1
2 H2O H
H
CH
OSiMe3 OSiMe3
(Ar-S-Cu-R)Li (Me3C-O-Cu-R)LiAltres
48
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Características generalesCaracterísticas generales
- En la mayoría de las reacciones se utiliza una cantidad catalítica de Pd- La fuente de Pd es una sal o un complejo inorgánico (normalmente con fosfinas)- Las especies con un enlace C-Pd i un protón en son inestables y tienden a eliminar un protón y Pd (0)
Pd H+ H + Pd(0)
- Las especies con dos grupos carbonados unidos a Pd descomponen con recombinación de los dos grupos carbonados y eliminación de Pd(0).
R1 Pd R2 R1-R2 + Pd(0)
- Tipos de intermedios organometálicos de Pd:
R1 Pd R2 R1 R2 + Pd(0)
- Complejos - Complejos -alílicos- Complejos σ
49
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos (Alquenos electrofílicos)Complejos (Alquenos electrofílicos)
Los complejos se forman por la reacción entre un alqueno y una sal de Pd(II). La formación de estos intermedios convierte los alquenos en especies electrofílicas capaces de reaccionar con nucleófiloscapaces de reaccionar con nucleófilos.
PdX2Nu-H
[H]CH CH3RNu
HHC CH2R + PdX2 HC CH2R
Nu-HC CH2-Pd-XRNu
Markownikoff CRNu
CH2Pd(0)-HX
H
-HX
EjemplosNitrógeno como nucleófilo
NH
PdCl2(MeCN)2, LiCl
benzoquinona NHPd2+
NH2benzoquinona NH2
N
Pd+
H N NNH
H NH
NH
50
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos Complejos Oxigeno (H2O) como nucleòfiloEl proceso Wacker-Importancia a nivel industrial. Síntesis de acetaldehído a partir de etilenoImportancia a nivel industrial. Síntesis de acetaldehído a partir de etileno-Catalítico respecto a Pd-Oxigeno es el oxidante terminal a través de un segundo ciclo catalítico
PdCl C Cl
/ O +
CH2=CH2 + 1/2 O2
PdCl2, CuCl2CH3CHO
PdX22Cu+
1/2 O2 + 2H+
H2O
PdX2Pd(0) + HX
2Cu2+
H2OHOHO
H
O
PdX+ HX
HH 51
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIOComplejos
El proceso Wacker también se utiliza para preparar acetona a partir de propeno y 2-butanona a partir de buteno. También se ha adaptado para la síntesis de moléculas más complejas. La reacción está, sin embargo, limitada a alquenos terminales que convierte en metilcetonasmetilcetonas.
PdCl2, CuCl2CH3CCH3CH2=CH2CH3
O2O
O
H
O PdCl2, CuCl2
O2, H2O, DMFH
O
O
Alcoholes como nucleófiloSe obtiene un éter de enol que, en ocasiones, se puede transformar en un acetal en las condiciones de reacción
HO
OH O2, DMF
HO
OHClPd O
HO
ClPd
PdCl2, CuCl2
O
HO
O
O OO O
O52
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIOComplejos
La adición de un nucleófilo a un complejo puede ir seguida de reacción con monóxido de carbono. En presencia de disolventes nucleofílicos (alcoholes) el proceso conduce a ésteres
Cu2+
PdX2R
R
H OMeO
Cu+CuNu
PdX2R
MeOH
Pd(0)+ H+
N 2
R
R
H PdXO
Nu
NuHR
PdXHCO
Nu
PdX+ HX
HCO
C OPdR' OMeCR'OMeOH
+ Pd(0)XPdR'C O
+ HXPd-XCR'O
X 53
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIOComplejos
La adición de un nucleófilo a un complejo puede ir seguida de reacción con monóxido de carbono. En presencia de disolventes nucleofílicos (alcoholes) el proceso conduce a ésteres
54
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos -alílicosComplejos alílicos
Los complejos -alílicos de Pd son complejos η3 . Pueden prepararse a partir de alquenos que posean hidrógenos alílicos y sales de Pd(II). Estos complejos son electrófilicos y reaccionan con nucleófilos dando alquenos funcionalizados y Pd(0). La reacción puedereaccionan con nucleófilos dando alquenos funcionalizados y Pd(0). La reacción puede hacerse catalítica incluyendo un reoxidante para el paladio.
PdX2 PdX2
inserciónoxidativa PdX Nu-H
Nu
+ + HX + Pd(0)H H
PdX2
coordinación -HX
Complejo alílico
Pd X
+Nu
HX Pd(0)
Pd X
PdX
Ejemplos
PdCl2, AcOHMnO2, BQ
OAc
viaPd(II)
55
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos -alílicosComplejos alílicos
Los complejos -alílicos de Pd también se forman a partir de haluros o acetatos alílicos y Pd(0). Se trata de complejos estables que se pueden aislar; normalmente se trata de dímeros en los que el haluro o el acetato hacen de puente entre dos Pd.en los que el haluro o el acetato hacen de puente entre dos Pd.
Los complejos -alílicos se pueden utilizar estequiométricamente, pero lo más habitual es llevar a cabo la reacción con una cantidad catalítica de Pd(0)
56
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos -alílicos
Ejemplos
CO2EtOAc Pd(PPh3)4
NaCH(CO2Et)2
CO2Et
CO2EtPd(PPh3)2
AcO
NaCH(CO2Et)2
HN Pd(PPh )
HN
N
AcO
Pd(PPh3)4
(Ph3P)2Pd
N
AcOAcO
57
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos -alílicosComplejos alílicos
Regioselectividad: El nucleófilo normalmente ataca por el carbono menos impedido del sistema π.
Ph
OAcL2Pd(0)
PdL2
CO2Et
CO2Et
EtO2C CO2EtEtO2C CO2Et
+
Ph
OAc Ph
2 CO2EtPhPh
+
92% 8%
Estereoselectividad:Nu
Nu
L2Pd(0)AcO AcO
-OAc
Nu Retenciónglobal
NuAminafenolmalonato
PdL2 PdL2
NuPdL
Inversiónglobal
NuH-
R-
Ph-PdL2Nu Nu Ph
OM58
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos
Estos intermedios se forman por inserción oxidativa de Pd(0) a haluros orgánicos.
El procedimiento esta limitado a haluros aromáticos y vinílicos Con haluros de alquilo seEl procedimiento esta limitado a haluros aromáticos y vinílicos. Con haluros de alquilo se produce eliminación reductiva de Pd.
X+ Pd(0)
Pd-X+ Pd(0)
X Pd-X+ Pd(0)
Reactividad:
1. Acoplamiento con sistema insaturados (alquenos y alquinos)
2. Acoplamiento con reactivos nucleófilos (organometálicos)
59
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos Complejos La reacció de Heck
X Pd(0)GF
GFX
+GF
I CH=CHCO H
Ejemplos
I+ CH2=CHCO2H
CH=CHCO2HPdOAc2
PPh3, Et3N
IO PdOAc2, PPh3
K2CO3, 80oC
O
,
BrMe+
PdOAc2
PdLXMe Me
MeO2C+
PPh3, Et3N MeO2C MeO2C
OTf (Ph3P)2PdCl2, CO2Et
N CO2Et+LiCl, DMF
N
2
60
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
La reacció de HeckLa reacció de Heck
Mecanismo:
L Pd(0) R-Xbase
base-HXPd(II) a Pd(0)
L2Pd(0) R Xinserción oxidativa
PdX
L HL
PdX
L RL
+ L - PdX
L RCO2MeR
L
H
R CO2MeL
CO2MePd
XLPdLX
eliminación de hidruro
CO2MePdR
insercióncoordinación al alqueno
61Los procesos de inserción en el alqueno y de β-eliminación de hidruro ocurren ambos de manera sin.
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
CarbonilaciónCarbonilaciónLos complejos de Pd pueden reaccionar con monóxido de carbono en presencia de nucleófilos. Si el nucleòfilo es un alcohol (disolvente) se obtienen ésteres. La reacción intramolecular conduce a lactonas.
Mecanismo:
TBSO I OH (Ph3P)PdCl2, CO TBSO OO
Ejemplo
TBSO I OH ,K2CO3, THF
TBSO O
62
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamiento con reactivos organometálicosReacciones de acoplamiento con reactivos organometálicosLa sustitución de un haluro (aromático o vinílico) por parte de un reactivo organometálico catalizado por Pd es un buen procedimiento para la formación de un enlace C-C. El mecanismo básico para estas reacciones consta de tres etapas: inserción oxidativa, transmetalación y eliminación reductiva. La reacción permite una gran variedad de reactivos organometálicos.
L2Pd(0)R-Xinserción oxidativa
R-R'
eliminaciónreductiva
PdX
L RL
PdR'
L RL
transmetalación
L
R'MMX63
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamientoReacciones de acoplamientoReactivos de Li y Mg
64
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamientoReactivos de zinc: La reacción de NegishiLos reactivos de zinc presentan ventajas debido a su menor reactividad y compatibilidad con diversos grupos funcionales
Reacciones de acoplamiento
diversos grupos funcionales.
1. Zn activat2.
ClI
IPd(PPh3)4
Cl
65
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamientoReactivos de estaño: La reacción de StillCompatible con diferentes grupos funcionales, generalmente con buenos rendimientos, es una de las más utilizadas
Reacciones de acoplamiento
de las más utilizadas.
66
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamientoReactivos de boro: La reacción de SuzukiLos boranos necesitan ser activados como nucleófilos para dar reacciones de acoplamiento. Para ello se utilizan aniones duros (hidróxido alcóxido carbonato fluouro y fosfato) que se
Reacciones de acoplamiento
Para ello se utilizan aniones duros (hidróxido, alcóxido, carbonato, fluouro y fosfato) que se adicionan al átomo de boro para dar complejos aniónicos.
BY
R YX
BY
R YX
R'X, Pd(0)R-R'
X R'= aril o vinil
B(OH)2
I OBn+
Pd(OAc)2, PPh3KOt-Bu, DME
OBnI OBn
67
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIOReacciones de acoplamiento
Reactivos de cobre: La reacción de SonogashiraConsiste formalmente en el acoplamiento entre un haluro (o triflato) vinílico o arílico con un alquino terminal. Implica la participación de reactivos de alquinilcobre. Existen dos ciclos
t líti l d l Pd t l Ccatalíticos acoplados, uno para el Pd y otro para el Cu.
OTf
SiMe3
PdCl2(PPh3)2CuI i PrNH
SiMe3
Ejemplo CuI, i-PrNH2Ejemplo
68
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE NIQUEL
Reacciones de acoplamiento cruzado de haluros alílicos con halurosReacciones de acoplamiento cruzado de haluros alílicos con haluros
CH CH Br
H C CH CH Br + Ni(CO) Ni NiBr
CH2=CH-BrCH2=CH-CH2-CH=CH2
H2C CH CH2Br + Ni(CO)4 NiBr
Ni
ICH2CH=CH2
Mecanismo
Br S Br R-X NiBr
R
RNi
BrNi
Br2 Ni
S
Br R X NiX
R+ NiXBr
69
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE NIQUEL
Reacciones de homoacoplamiento de haluros
Ph
Br
H
H Ni(COD)2
Ph H
HH Ph
HNiPh H Ph H
Ni(COD)2
Ni
Ni(COD)BrNC
( )2NC CN
Ni(COD)2
70
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)- Transposición: Reactivos de Grignard alílicos pueden dar productos resultantes de la transposición del reactivo. La adición tiene lugar a través de un ET cíclico de seis miembros (metalo Claisen)
Si la cetona está muy impedida este método de adición se ve suplantado por el ataque por el carbono primario
Los aductos de cetonas con reactivos de Grignard alílicos pueden isomerizar al isómero i did ió d l d di ió
(C
menos impedido por reversión del paso de adición
71
REACTIUS ORGANOMETÀL·LICS DEL GRUP IIB (Zn, Cd)
Reactivos de dialquilcadmio
PreparaciónSe preparan por reacción de reactivos organometálicos o de Grignard con cloruro de cadmio
2 MeMgCl + CdCl2 Me2Cd + 2 MgCl2
2 BuLi + CdCl2 Bu2Cd + 2 LiCl
Al igual que los reactivos de dialquilzinc, reaccionan con cloruros de ácido para dar cetonas
Cl
O
+ Pr2CdPr
O
2
72