tema 01 compuestos organometalicos tdc
TRANSCRIPT
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 1
COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS. PRINCIPALES APLICACIONES EN SÍNTESIS
ORGÁNICA.
1.- DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN
Los compuestos organometálicos son materiales que contienen enlaces directos entre átomos metálicos
y átomos de carbono. La Figura 1A muestra ejemplos de compuestos organometálicos.
Cr
OC CO
COPb
Et Et
Et
Et
Fe
Figura 1: A) Ejemplos de compuestos organometálicos.
Los enlaces entre átomos metálicos y átomos de carbono es un enlace covalente polarizados de forma
que en los átomos metálicos reside la carga positiva y en los átomos de carbono la carga negativa. Los
ejemplos más característicos son los organolitiados y los organomagnesianos como se muestra en la
Figura 1B. El átomo de carbono más electronegativo adquiere una carga negativa mientras que el
metal adquiere una carga positiva.
C Li C Li
C MgBr C MgBr
:+-
:+-
Figura 1: B) Polarización del enlace C-Metal en los organolitiados y magnesianos.
En la Figura 1C se muestran los mapas de potencial electrostático del fluoruro de metilo y del metil
litio. La zona roja indica una alta densidad electrónica mientras que la zona azul indica una baja
densidad electrónica. En el caso del fluoruro de metilo el átomo de flúor más electronegativo tiene la
mayor densidad electrónica mientras que el átomo de carbono posee una menor densidad de carga
comportándose como un electrófilo. Por el contrario, en el metillitio el átomo de litio menos
electronegativo que el carbono posee la menor densidad de carga y el átomo de carbono tiene la mayor
densidad electrónica comportándose como un nucleófilo.
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 2
C
H
H
H
F C
H
H
H
Li
fluoruro de metilo metillitio
Figura 1: C) Mapas de potencial electrostático para el fluoruro de metilo y el metillitio.
También se incluyen dentro de la química organometálica los hidruros metálicos [ReH9]2-
, los
carbonilos metálicos [Ni(CO)4] y los compuestos con enlace metal-metal [Re2Cl8]2-
(Figura 2 ).
Figura 2: Ejemplos de hidruros metálicos, carbonilos metálicos y compuestos con enlace metal-metal. El compuesto [ReH9]
2- presenta una estructura de prisma trigonal con las caras rectangulares apicadas. Los
subíndices +1, 0 y -1 indican el nivel de los átomos.
En la Tabla 1 se indican los elementos químicos que forman compuestos organometálicos. Se incluyen
el boro, el silicio, el fósforo, el arsénico, el antimonio y el telurio ya que los enlaces entre los átomos
de estos elementos y los átomos de carbono están polarizados en el mismo sentido que en los
compuestos organometálicos. Los compuestos organometálicos se clasifican en función del tipo de
enlace entre los átomos metálicos y los átomos de carbono en iónicos [NaCp o Ca(C2)2] o covalentes.
Los compuestos organometálicos covalentes pueden clasificarse en compuestos compuestos
según si el enlace entre los átomos metálicos y los átomos de carbono se establece por interacción
entre orbitales de los centros metálicos y de los átomos de carbono, por ejemplo [PbEt4] (compuesto
), o por interacción entre orbitales de los centros metálicos y orbitales de un sistema de un
conjunto de átomos de carbono, por ejemplo K[PtCl3(2-CH2=CH2] (compuesto ). Además, los
compuestos organometálicos de tipo pueden clasificarse en no deficientes de electrones o
deficientes de electrones según si los enlaces entre los átomos metálicos y los átomos de carbono son
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 3
de dos centros y dos electrones [PbEt4] o de n centros y dos electrones [Me2Al(-Me2)AlMe2],
respectivamente (Esquema 1).
Tabla 1. Elementos químicos que forman compuestos organometálicos (en azul y en rojo). Se incluyen el boro, el silicio, el germanio, el fósforo, el arsénico, el antimonio y el telurio ya que sus derivados orgánicos presentan enlaces E-C polarizados en el mismo sentido que los enlaces M-C (para algunos elementos se indican las electronegatividades de Pauling).
Pb
Et Et
Et
Et
Me
Me
Me
Me
Me
Me
C
C
compuestos
organometálicos
iónicos : NaCp, CaC2,....
covalentes
no deficiente
en electrones
deficiente en
electrones
enlace de dos centros y dos electrones. .
enlace de tres centros y dos electrones
..
: [PtCl3(2-C2H2)]
- : orbital enlazante del etileno
orbital híbrido sp2d del platino
Esquema 1: Clasificación de los compuestos organometálicos según el tipo de enlace.
La Tabla 2 muestra los elementos que forman compuestos organometálicos iónicos y covalentes.
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 4
Tabla 2: Elementos químicos que forman compuestos organometálicos covalentes deficientes de
electrones (en rojo), covalentes no deficientes de electrones (en fucsia), covalentes y (en azul) e iónicos (en verde).
2.- COMPUESTOS ORGANOLITIADOS Y ORGANOMAGNESIANOS.
2.1.- ESTRUCTURA.
Estos compuestos se caracterizan por presentar estructuras que se generan a partir de enlaces
policéntricos. El MeLi presenta la estructura de la Figura 3A que corresponde a un empaquetamiento
cúbico simple de unidades Me4 Li4 cuando se encuentra disuelto en éter. La estructura es un cubo
distorsionado en que los vértices están ocupados por átomos de litio y de grupos metilos en forma
alternada como se observa en la Figura 3A.
Me
Li Me
Li
Li
Me Li
Me
Me
Me
Li
LiLi
Li
Me
Me
A B Figura 3: Estructura cristalina del metillitio en éter etílico. A) Estructura cúbica simple. B) Disposición
tetraédrica de los átomos de litio y metilos apicales a las caras del tetraedro.
Estas unidades cúbicas presentan una estructura en que los átomos de litio forman un tetraedro y los
metilos se disponen en forma perpendicular a las caras del tetraedro que determinan los átomos de litio
como se muestra en la Figura 3B. En estas unidades cada tres átomos de litio y el metilo perpendicular
a la cara que determinan se enlazan mediante un enlace de cuatro centros y dos electrones como se
muestra en la Figura 3C.
CLi
Li
Li Li
H
H
H
Figura 3C: Enlace de 4 centros y 2 electrones en las unidades Me4Li4
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 5
El metillitio adopta una estructura de hexámero cuando se encuentra disuelto en hexano como se
muestra en la Figura 4.
Li
Me Me
Li
Me
Li
Me
Li
Me
Li
Me
Li
Li
Me
Me
Li
Me
LiMe
Li
Me
Li
Me
Li
A B Figura 4: Estructura cristalina del metillitio en hexano.
En disolución los compuestos organolitiados y organomagnesianos presentan diferentes estados de
agregación según el carácter coordinador del disolvente. En disolventes sin propiedades coordinantes
mantienen estructuras similares a las que presentan en estado sólido, mientras que en disolventes con
propiedades coordinadoras pueden presentarse en forma monomérica ya que el disolvente puede
coordinarse a los centros metálicos de litio (I) y magnesio (II) (Tabla 2).
Disolvente Estado de agregación del MeLi
Hidrocarburos Hexámero (octaedro Li6)
THF, Et2O Tetrámero (tetraedro Li4)
Me2NCH2CH2NMe2 (TMEDA) Monómero
Tabla 2: Estado de agregación del metillitio en diferentes disolventes.
Un ejemplo es el cloruro de metilmagnesio (CH3MgCl) que en disolución en THF se presenta como
monómero complejado con dos moléculas del disolvente como se muestra en la Figura 5.
Mg
Cl
OO
H
HH
Figura 5: Estructura del cloruro de metilmagnesio en THF.
2.2.- SÍNTESIS DE ORGANOLITIADOS Y ORGANOMAGNESIANOS.
Los compuestos organolitiados y organomagnesianos se preparan por reacción entre haluros orgánicos
y los metales libres como se muestra en las Figuras 6A y 6B. Así, el sec-butillitio y el bromuro de sec-
butilmagnesio se obtienen según las reacciones de la Figura 6A. Los compuestos organolitiados y
organomagnesianos son muy sensibles al agua y al oxígeno por lo que su síntesis se realiza en un éter
anhidro (generalmente dietiléter o tetrahidrofurano) y en atmósfera inerte (de argón en el caso de los
organolitiados y de nitrógeno en el caso de los magnesianos). Los compuestos organolitiados
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 6
comerciales se preparan en hexano ya que es un disolvente más económico que el dietiléter o el
tetrahidrofurano.
Br LiMg
2 Li, éter anh.+ LiBr
Mg, éter anh.
Brsec-butillitiobromuro de sec-butilmagnesio
Figura 6A: Síntesis del sec-butillitio y del bromuro de sec-butilmagnesio.
Muchas clases de halogenuros orgánicos forman reactivos de Grignard. El impedimento estérico en los
halogenuros no parece ser un factor determinante en la formación de los reactivos de Grignard, dado
que reaccionan fácilmente halogenuros de todo tipo, sean primarios, secundarios o terciarios. Los
halogenuros de arilo y de alquenilo también reaccionan, aunque en estos casos es mejor usar
tetrahidrofurano como disolvente como se muestra en la Figura 6B. El halogenuro puede ser Cl, Br o
I, aunque los cloruros son algo menos reactivos que los bromuros y los yoduros. Los fluoruros
orgánicos rara vez reaccionan con magnesio.
Br Li
Cl Mg Cl
Li, THF anh. Mg, THF anh.
fenillitiocloruro de vinilmagnesio
Figura 6B: Síntesis de fenillitio y cloruro de vinilmagnesio.
2.3.- REACCIONES DE ORGANOLITIADOS Y ORGANOMAGNESIANOS.
2.3.1.- COMPORTAMIENTO COMO BASES:
Los organolitiados y magnesianos se comportan como bases frente a moléculas que presentan
hidrógenos ácidos, como pueden ser alcoholes, fenoles, agua, ácidos carboxílicos, aminas, tioles. Por
ello, deben prepararse en ausencia de humedad ya que, al ser fuertemente básicos, reaccionan con el
agua.
H
H
+ R' Li + R'Li+
H
O
HOH
-
+ R' MgBr + R'BrMg +
H
O
HOH
-
Son inestables también en presencia de alcoholes y ácidos carboxílicos y de compuestos con hidrógenos
de carácter ácido, como tioles y aminas. Estas reacciones no tienen interés en síntesis ya que el
producto es un alcano. R Li R' OH+ R Li+R'H + O-
R MgBr + R' C
O
OH
R
MgBr
+ R' C
O
O-
H+
R Li R' NH2+ R Li+R'H + NH -
En algunos casos, la reacción del organolitiado con una amina produce un amiduro de litio cuya
basicidad y estructura permite ser usada como base en algunas reacciones orgánicas. La reacción del
butillitio con la diisopropilamina (DIPA) tiene interés sintético puesto que permite obtener
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 7
diisopropilamiduro de litio (LDA) que es una base muy utilizada en Síntesis orgánica debido a su alta
basicidad. La reacción de este organolitiado con bis(trimetilsilil)amina produce la
bis(trimetilsilil)amiduro de litio o hexametildisililazida de litio (LHMDS), una base fuerte y
voluminosa utilizada en algunas reacciones en lugar de la LDA.
N
H
NH
SiN
Si
H
SiN
Si H
+ Bu Li
Diisopropilamina Butillitio diisopropilamiduro de litio (LDA) Butano
+ Bu
Li
-
+
+ Bu Li
bis(trimetilsilil)amina Butillitio hexametildisililazida de litio (LHMDS) Butano
+ Bu
Li
-
+
2.3.2.- METALACIÓN:
De las reacciones de los organolitiados destaca la reacción de metalación ya que permite desprotonar
una gran variedad de enlaces C-H (Figura 7A)
R Li R' H+ R LiR'H +
HC C H+CH3 Li HC CH +CH3 Li
Figura 7A: Reacción de metalación.
Esta reacción se puede utilizar por ejemplo cuando se desea reducir un haluro de alquilo como se
muestra en la Figura 7B.
CH3O CH
3O
H
HCH3O
Li
LiLi
Bréter
+
Figura 7B: Reducción de halogenuro de alquilo mediante metalación.
2.3.3.- COMPORTAMIENTO COMO NUCLEÓFILOS:
Los compuestos organolitiados y organomagnesianos se preparan a partir de los halogenuros de alquilo
correspondientes que son compuestos electrofílicos. Mediante el uso de metales estos compuestos
electrofílicos son transformados en reactivos nucleofílicos puesto que se cambia la polaridad del átomo
de carbono como se muestra en la Figura 1C.
Los compuestos organolitiados y organomagnesianos presentan múltiples aplicaciones en síntesis
orgánica, principalmente para la síntesis de alcoholes como se muestra en la Figura 8. Ambos
organometálicos generan las mismas reacciones siendo los organolitiados mucho más reactivos que los
organomagnesianos.
R' C N
R''
OHNH
2
R'
R''
R
OH
R Li R ¨
amina
O
:
ácido carboxílico
..
..CO2
..
..
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 8
R' C N
R''
O
O
R'
R'
OHH
O
H
OH
H
O
H
H
OH
OR'
O
R
OH
R
O
H
OH
Cl
S
O
OS
R
S
R MgX
R'
:
:
R
..
R :
¨cetona
:
R''
:R'
: :
RR'
:alcohol terciario
alcohol secundario
: :
RH
:
alcohol primario
R
: :
R
:
alcohol terciario
R
H
:
alcohol primario
..
..
..
..
Cl
: :
R :¨
sulfóxido
R SHtiol
Figura 8: Aplicaciones en síntesis orgánica de los compuestos organolitiados y organomagnesianos.
2.3.3.1.- REACCIÓN DE ADICIÓN A CARBONILOS:
En la Figura 9 se muestra la reacción de organomagnesianos con aldehidos y cetonas para sintetizar
alcoholes. De acuerdo al tipo de compuesto carbonílico que se utilice es el tipo de alcohol que se
obtiene. La reacción con organolitiados da los mismos productos.
H
O
H
H
O
HH
OH
H
1.- Con formaldehido permite obtener alcoholes primarios.
R MgX +MgX
R
éter H3O+
R
formaldehido alcohol 1º
R'
O
H
R'
O
HR'
OH
H
2.- Con aldehidos permite obtener alcoholes
secundarios.
R MgX +MgX
R
éter H3O+
R
aldehido alcohol 2º
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 9
R'
O
R''
R'
O
R''R'
OH
R''
3.- Con cetonas permite obtener alcoholes terciarios.
R MgX +MgX
R
éter H3O+
R
cetona alcohol 3º
R, R' y R'' pueden ser alquilos o arilos y pueden ser iguales o diferentes
Figura 9: Reacción de organolitiados y organomagnesianos en la síntesis de alcoholes a partir de compuestos carbonílicos.
R'
O
R''
R'
O
R''R'
OH
R''
3.- Con cetonas permite obtener alcoholes terciarios.
R MgX +MgX
R
éter H3O+
R
cetona alcohol 3º
R, R' y R'' pueden ser alquilos o arilos y pueden ser iguales o diferentes En el caso de aldehidos y cetonas asimétricas se genera una mezcla de alcoholes ópticamente activos
como se muestra en la Figura 9A.
CH3
O
H CH3
OH
H
H
OH
CH3
+ii) H3O
+ Ph
acetaldehido S-1-feniletanol R-1-feniletanol
i) PhMgBr
Ph
Figura 9A: Síntesis de alcoholes asimétricos a partir del acetaldehído.
También pueden reaccionar con ésteres para la formación de alcoholes terciarios. A diferencia de las
cetonas, los alcoholes terciarios provenientes de ésteres poseen dos grupos alquílicos iguales, como lo
muestra la Figura 10.
R'
O
OR''
R'
O
OR''
R'
O
R
R'
O
R
OR''
R'
OH
R
Con ésteres permite obtener alcoholes terciarios con dos radicales iguales.
R MgX +MgX
R
éter
MgX
R
H3O+
éster
:..
: :
+ XMg
R MgX
R
cetona intermediaria no aislable
alcohol 3º con dos radicales iguales
Figura 10: Reacción de alquilmagnesianos con ésteres para formar alcoholes terciarios.
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 10
Un caso particular es con el formiato de etilo (HCO2Et) en que se forma un alcohol secundario como
se muestra en la Figura 10A.
O
Ph OEt
OH
PhCH
3
CH3
O
H OEt
OH
HCH
3
CH3CH3
MgBr
ii) H3O+
: :
alcohol 3º alcohol 2°
i)
2-fenil-2-propanol
ii) H3O+
: :
i)
2-propanol
Figura 10A: Síntesis de alcoholes a partir de ésteres.
2.3.3.2.- REACCIÓN CON NITRILOS:
La reacción de organomagnesianos y organolitiados con nitrilos permite la obtención de cetonas. El
nitrilo se puede obtener mediante la sustitución nucleofílica de cianuro de sodio o de potasio sobre
halogenuros de alquilo, especialmente 1°.
Br CN
1-bromopentano hexanonitrilo
KCN
SN2
Figura 11: Síntesis de nitrilos a partir de halogenuros de alquilo.
El organomagnesiano ataca al C del grupo ciano (CN) formando un intermediario imiduro que es
bastante estable a la adición nucleofílica. En la etapa de hidrólisis el C de la imina producida se
transforma en un C carbonílico por adición de una molécula de agua obteniéndose una cetona como
producto. Los radicales R y R’ pueden ser iguales o diferentes y pueden ser alquilos o arilos (Figura
11)
R' NR'
N
OH2+
NH2
R'
R'
NH
R'
NH2+
OH
NH3+
R'OH+
R'
O
R'
Con nitrilos permite obtener cetonas
R MgX +éter
R
H3O+
R
:
: MgX
imiduro poco reactivo
R
:
H+
R:
imina intermediaria no aislable
H2O
..
..
R
..
¨
:
¨
- NH3
..
R¨
- H+
R :¨
cetona
Figura 11: Reacción de alquilmagnesianos con nitrilos para sintetizar cetonas.
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 11
En la Figura 11A se muestra la síntesis de 1-octen-3-ona a partir de hexanonotrilo.
Br
CN
MgBri)
ii) H3O+
O
1-octen-3-ona
Mg
éter
Figura 11A: Síntesis de 1-octen-3-ona.
2.3.3.3.- REACCIÓN CON OXIRANO:
Los organolitiados y organomagnesianos reaccionan con oxirano u óxido de etileno para formar
alcoholes primarios con dos carbonos más. Con otros epóxidos (oxirano sustituido) produce alcoholes
de distinta sustitución (Figura 12).
O
O
OH+éter
H3O+R
MgXR MgX
R
Figura 12: Reacción de un organolitiado con epóxido.
En la Figura 12A se muestran dos ejemplos para obtener un alcohol 1°.
Br
O
OH
MgBr
OH
éter
ii) H3O+
Mg
i)
ii) H3O+
i)
HCHO
R-2-bromobutano
R-3-metilpentanol
R-2-metilbutanol
1
2
1
2
1
1
Figura 12A: Comparación del uso de formaldehido y de oxirano en la obtención de un alcohol primario.
2.3.3.4.- REACCIÓN CON DIÓXIDO DE CARBONO:
Otra aplicación es en la síntesis de ácidos carboxílicos. Tanto los organolitiados como los
organomagnesianos reaccionan con CO2 para dar ácidos carboxílicos (Figura 13).
MgBr
O
OMgBr
O
O
CO2H3O
+
H
ácido carboxílico
Figura 13: Reacción de un organomagnesiano con CO2 para sintetizar ácidos carboxílicos.
2.3.3.5.- REACCIÓN DE TRANSMETALACIÓN
El método más habitual para la síntesis de complejos con ligandos alquílicos o arílicos es la reacción
de transmetalación. En esta reacción un compuesto organolítico, organomagnésico, mercuriano,
dialquilzinc o alquilaluminio reacciona con un cloruro metálico anhidro o un clorocomplejo y se
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 12
produce el intercambio entre los centros metálicos de los ligandos cloro y alquílico o arílico. Está
reacción permite preparar una gran variedad de compuestos organometálicos con ligandos alquílicos o
arílicos de centros metálicos de los bloques d, f y p. La Figura 14 muestra el esquema general de la
reacción de transmetalación y ejemplos de reacciones de transmetalación.
TRANSMETALACIÓN GENERAL
R M
1X M
2R M
2X M
1+ +
M1 = Li(I), Mg(II), Zn(II), Hg(II), Al(III); R = alquilo o arilo; M2: centro metálico del bloque d, f o p.
Figura 14: Método general de transmetalación.
En la Figura 15 se muestran algunos ejemplos de transmetalación.
4 RMgX + SiO4 SiR4 + 4 Mg 2 RMgX + CdX2 CdR2 + 2 MgX2 Tetraalquisilano Dialquilcadmio
3 RLi + AlX3 R3Al + 4 LiX
Trialquilaluminio
RLi + CuI RCu + LiI RCu + RLi R2CuLi Alquilcobre Dialquilcuprato de litio
Figura 15: Métodos de síntesis de complejos con ligandos alquilo o arilo mediante transmetalación.
3.- ORGANOCUPRATOS O REACTIVOS DE GILMAN.
Los organocupratos son muy reactivos frente al oxígeno y el agua, formando óxido de cobre (I) y
tienden a ser termolábiles. Son generalmente insolubles en disolventes inertes y, por lo tanto, difíciles
de manejar y de escaso valor práctico. Son usados con mucha frecuencia en Síntesis Orgánica como
reactivos de alquilación, preparados in situ en un medio inerte, con una mayor tolerancia como grupo
funcional que los correspondientes reactivos de Grignard u organolitiados. Los compuestos de
alquilcobre monovalente (R-Cu) forman cupratos divalentes con organolitiados (R-Li) también
conocidos como Reactivos de Gilman (R2CuLi).
En disolución forman dímeros complejados con moléculas de disolvente. En la Figura 16 se muestra
la estructura cristalina del difenilcuprato de litio en dietiléter.
Cu
Li Li
Cu
OO+
-+
-
Figura 16: Estructura del difenilcuprato de litio en éter etílico.
3.1.- SÍNTESIS.
Los organocupratos de litio o reactivos de Gilman son muy inestables en disolución por lo que se
deben sintetizar in situ a partir del organolitiado correspondiente. El tratamiento de halogenuros de
alquilo o arilo con litio metálico genera los compuestos organolitiados los que se hacen reaccionar con
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 13
un halogenuro cuproso generando los organocupratos de litio, R2CuLi o Ar2CuLi como se muestra en
la Figura 17.
R LiXCu
R X CuLi Ar LiAr X Ar2
CuLi
Br LiICu
Cu
Br LiICu
Cu
XCuLi
éter dialquilcuprato de litio
Li
éter diarilcuprato de litio
R2
Li
éter
Li
Li
éter
Li
dibutilcuprato de litio
difenilcuprato de litio Figura 17: Síntesis de alquil y arilcupratos.
3.2.- REACCIONES.
3.2.1.- REACCIÓN CON HALOGENUROS DE ALQUILO. SÍNTESIS DE COREY-HOUSE.
Los dialquilcupratos de litio reaccionan con los halogenuros de alquilo para generar alcanos de cadena
más larga por formación de un enlace C-C entre el carbono del halogenuro de alquilo y el carbono del
radical alquílico del organocuprato. (Figura 18)
R2CuLi + R' X R R' + +R Cu LiX
Figura 18: Reacción general de dialquilcuprato de litio con halogenuro de alquilo para la síntesis de alcanos.
La reacción de formación del enlace C-C es una reacción SN2 por lo cual está favorecida para
halogenuros primarios. Los yoduros de alquilo primarios son los mejores sustratos. Los halogenuros
secundarios y terciarios proporcionan preferentemente productos de eliminación. Los dialquilcupratos
de litio primarios son los más utilizados, debido a que los organocupratos con grupos alquilos
secundarios y terciarios son menos reactivos debido a problemas de impedimento estérico. (Figura 19)
Cu
I
(CH3)2CuLi + CH3(CH2)8CH2CH2 Iéter
0ºCCH3(CH2)8CH2CH2
dimetilcuprato de litio 1-yodoundecano dodecano
dialilcuprato de litio yoduro de bencilo 4-fenil-1-buteno
Li( )
2 +éter
0ºC
Figura 19: Obtención de alcanos y alquenos a partir de organocupratos y halogenuros de alquilo.
Los halogenuros de vinilo y de arilo poco reactivos a la SN2 reaccionan con los organocupratos para
dar enlaces C-C con buenos rendimientos como se muestra en la Figura 20.
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 14
Cu Li +(CH3CH2CH2CH2)2 Iéter
0ºCCH3CH2CH2CH2
80%
Cu Li +(CH3CH2CH2CH2)2 Iéter
0ºCCH3CH2CH2CH2
75% Figura 20: Reacción de organocupratos con halogenuros de alquenilo y arilo.
3.2.2.- REACCIÓN CON HALOGENUROS DE ÁCIDO.
Los organocupratos de litio reaccionan fácilmente con cloruros de ácidos para generar cetonas.
Los halogenuros de ácido se sintetizan a partir de los ácidos carboxílicos correspondientes con cloruro
de tionilo (SOCl2) o cloruros de fósforo (PCl3 o PCl5)
O
OH
SOCl2
PCl3
PCl5
O
Cl
R +o
o
R
ácido carboxílico cloruro de ácido
El cloruro de ácido, como todos los derivados de ácidos carboxílicos, sufre una sustitución
nucleofílica acílica producto de una adición al carbonilo seguida de una eliminación como se muestra
en la Figura 21A.
R
O
Cl R
O
Cl
Nu
R
O
Nu
Nu
-
- Cl-
adición al carbonilo eliminación
Figura 21A: Mecanismo de Sustitución nucleofílica acílica.
El nucleófilo es el grupo alquilo o arilo del compuesto organocuprato de litio como se muestra en la
Figura 21B.
R'
O
Cl R'
O
R
O
Cl
O
CH3
O
Cl
O
CH2CH
3
R2CuLi +
(CH3)2CuLi +
R y R' pueden ser
alquilo o arilo
cloruro de ácido cetona
dimetilcuprato de litio cloruro de butanoilo 2-pentanona
(CH3CH2)2CuLi +
dietilcuprato de litio cloruro de benzoilo 1-fenilpropanona
Figura 21B: Síntesis de cetonas con alquil o arilcupratos de litio.
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 15
Los reactivos de Grignard, al igual que los organolitiados, también reaccionan fácilmente con cloruros
de ácidos, pero los productos suelen ser alcoholes terciarios, generados por combinación de las cetonas
formadas inicialmente con más reactivo de Grignard. Si se desean alcoholes terciarios, se preparan
mejor con ésteres que con cloruros de ácidos. Los reactivos orgánicos del cobre son menos sensibles
que los de Grignard frente al grupo carbonilo de cetonas por lo que la reacción se detiene en la etapa
cetónica.
Es interesante ver que los compuestos orgánicos del cobre son más reactivos que los reactivos de
Grignard frente a muchos tipos de sustancias como los halogenuros de alquilo. Estos últimos, en
general, no son atacados por los compuestos de Grignard. Los compuestos organocúpricos son muy
selectivos hacia diversos grupos funcionales, y esta selectividad es un factor importante para
determinar su utilidad. La menor reactividad de los compuestos organocúpricos no sólo posibilita
la síntesis de cetonas, sino que también amplía la aplicabilidad del método, ya que aquéllos no
reaccionan con muchos de los grupos funcionales sensibles a los reactivos de Grignard y
organolitiados: -NO2, -CN, -CO-, -COOR, por ejemplo. En consecuencia, la presencia de uno de
estos grupos en la molécula del cloruro de ácido no interfiere con la síntesis de una cetona. En la
Figura 22 se muestran dos ejemplos del uso de organocupratos en presencia de grupos que reaccionan
con organolitiados y magnesianos.
O Cl
NO2
(CH3)2CuLi
O CH3
NO2
OCl
O
O
CuLi
O
O
O
éteréter
Figura 22: Uso de organocupratos sobre un nitrocompuesto y un éster.
4.- ORGANOCÁDMICOS.
4.1- SÍNTESIS.
Los derivados organocádmicos se preparan a partir de los organomagnesianos con cloruro de cadmio.
Su estructura es simétrica ( R – Cd – R ) y son estables y utilizables tanto con radicales alquilo como
arilo.
MgCl Cd Cd MgCl2
Cl22 + + 2R R2
Cd CdCl2CH
3MgCl + (CH3)2
dimetilcadmio 4.2.- REACCIONES.
Los organocádmicos tienen el mismo uso que los organilitiados y organomagnesianos, pero son menos
reactivo que éstos, y reaccionan con halogenuros de ácidos pero no con cetonas. El enlace C-Cd es
menos polarizado que el enlace C-Li o C-Mg por lo que reacciona con grupos carbonilos muy
reactivos como es el caso de los halogenuros de ácido. Éstos reaccionan con cloruros de ácido por
transferencia de un carbanión al carbono positivo del grupo carbonilo y sustitución en el mismo por
desplazamiento del halogenuro que es un buen grupo saliente, generando la correspondiente mediante
el mismo mecanismo de sustitución nucleofílica acílica de los organocupratos (Figura 23)
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 16
Figura 23: Síntesis de cetonas a partir de diciclohexilcadmio y cloruro de fenilacetilo.
5.- ORGANOZÍNCICOS
El zinc puede formar dos tipos de compuestos: los haluros de organozinc del tipo RZnX o
dialquilzinc del tipo R2Zn. Los compuestos de dialquilzinc son siempre monoméricos mientras que
los haluros de alquilzinc forman agregados muy similares a los reactivos de Grignard. Un caso especial
de reactivo organozíncico son los bromozincacetato de alquilo o Reactivo de Reformastky. Las
estructuras cristalinas estos reactivos tienen forma cíclica y se complejan con moléculas del disolvente
como el tetrahidrofurano. En la Figura 24 se muestran las estructuras de dos de estos reactivos: el
bromozincacetato de terc-butilo y el bromozincacetato de etilo han sido determinados. Ambos forman
dímeros en una forma cíclica con ocho miembros en estado sólido, pero difieren en estereoquímica: el
anillo de ocho miembros adopta una conformación tipo bote y tiene todos los grupos en cis en el caso
del derivado etilo mientras que en el derivado de terc-butilo el anillo adopta una conformación tipo
silla con todos los grupos en trans.
O
ZnZn
OBr
BrO
O
O
O
O
ZnZn
O
OO
BrBr
O O
A B Figura 24: Estructura dimérica de bromozincacetato de etilo (A) y dl bromozincacetato de terc-butilo (B)
O
Cl
Br/ éter
O
MgMgBr
CdCl2
Cd
+ CdCl2
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 17
5.1.- SÍNTESIS.
Los reactivos organozíncicos se preparan por inserción del metal zinc en el enlace C-halógeno. En la
Figura 25 se presenta la preparación del compuesto organozíncico a partir de haluros de alquilo.
Br Zn ZnBrBr Zn Zn Br
+R R +éter
bromuro de propilzinc Figura 25: Obtención del reactivo organozíncico a partir de halogenuro de alquilo.
5.2.- REACCIONES.
La ventaja del zinc, con respecto al litio y al magnesio, es que al ser un elemento menos
electropositivo polariza menos el enlace C-Metal. Al ser el enlace más covalente hay una distribución
más equitativa de la densidad electrónica entre el zinc y el carbono, y por tanto, hay menos densidad
electrónica sobre el átomo de carbono y, en consecuencia, el reactivo organometálico es menos
nucleofílico. Por lo tanto, los reactivos organometálicos de zinc son menos nucleofílicos que los de
litio y magnesio y se adicionan a aldehídos y cetonas pero no a ésteres.
5.2.1.- ADICIÓN A CARBONILO. REACCIÓN DE REFORMATSKY.
La adición de reactivos organozíncicos a aldehídos y cetonas recibe el nombre de reacción de
Reformatsky. Un ejemplo de esta reacción es la síntesis del 3-hidroxipentanoato de etilo que se
muestra en la Figura 26.
1.- Generación del compuesto organozíncico correspondiente.
2.- Ataque nucleofílico del reactivo organometálico al compuesto carbonílico.
O
OEt
OO
OEt
H
OO
OEt
OZn
ZnBr
Br
H3O+
H
un-hidroxiéster
3-hidroxipentanoato de etiloalcóxido de zinc
Figura 26: Reacción de Reformatsky para el 3-hidroxipropano de etilo.
El reactivo organometálico de zinc se obtiene a partir del bromoacetato de etilo por reacción con zinc
metálico. El aldehído se añade, a continuación, a la mezcla de reacción para que tenga lugar la adición
nucleofílica al grupo carbonilo. El producto que resulta de esta reacción es un alcóxido de zinc. La
hidrólisis ácida del alcóxido de zinc proporciona el -hidroxiéster.
5.2.2.- ADICIÓN A ALQUENOS. REACCIÓN DE SIMMONS-SMITH.
Cuando se trata diyodometano con una aleación de zinc y cobre se forma el yoduro de yodometilzinc
IZnCH2I. Este reactivo en presencia de un doble enlace transfiere un grupo CH2 para generar
ciclopropanos. En la Figura 27 se ejemplifica esta reacción con el ciclohexeno.
Br
O
OEt
O
OEt
Zn
THF
ZnBr
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 18
H
H
CH2 I2Zn(Cu)
éter+ CH2 + Zn I2
biciclo[4.1.0]heptano (92%)
Figura 27: Síntesis de ciclopropanos con organozíncicos y alquenos.
El mecanismo de reacción se muestra en la Figura 28.
I I
R R
RR
I
I
RR
RR
CH2
CH2 I2Zn (Cu)
éterCH2
Zn
yoduro de yodometilzinc
un carbenoide
H2C
Zn
+ + Zn I2
Figura 28: Mecanismo de la reacción de Simmons-Smith.
La reacción es estereoespecífica. Esto significa que los sustituyentes que están en posición cis en el
alqueno permanecen cis en el ciclopropano (Figura 29). Lo mismo si están en posición trans.
HH
H
H
HHH H
H
H H
H
cis-2-penteno
trans-2-penteno
+
+
CH2 I2
CH2 I2
Cu
éter
Cu
éter
CH2 CH2
+
CH2 CH2
+
Figura 29: Estereoquímica de la reacción de Simmons-Smith.
6.- ADICIÓN 1,2 Y 1,4 DE COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS A COMPUESTOS
CARBONÍLICOS , -INSATURADOS.
6.1.- DEFINICIÓN.
Se llaman compuestos carbonílicos, -insaturados a los compuestos que tienen un grupo carbonilo
conjugado con un doble enlace, es decir, un grupo carbonilo y un doble enlace separados por un
enlace simple. Como referencia la posición 1 del sistema corresponde al oxígeno carbonílico; la
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 19
posición 2 al carbono carbonílico; la posición 3 al carbono al carbonilo y la posición 4 al carbono
al carbonilo (Figura 30).
R
O
R'
compuesto carbonílico -insaturado
posición 1
posición 2posición 3
posición 4
A B
Figura 30: A) Sistema carbonílico -insaturado. B) Potencial electrostático de la 3-butenona. La zona roja indica que la mayor densidad electrónica se encuentra en el oxígeno del carbonilo.
Este sistema carbonílico puede ser representado mediante tres estructuras resonantes que dan cuenta de
su diversa reactividad como se muestra en la Figura 31. La estructura I se debe a la polarización del
enlace C-O del carbonilo debido a la diferencia de electronegatividad entre ambos átomos. Esta sería la
responsable de la adición 1,2. En cambio, la estructura II se debe a la conjugación del alqueno con el
grupo carbonilo. Esta estructura sería la responsable de la adición tipo 1,4.
R
O
R' R
O
R' R
O
R'
+
-
+
-
I II III Figura 31: Estructuras resonantes del sistema carbonílico -insaturado.
6.2.- ADICIÓN 1,2 versus 1,4.
Los reactivos organometálicos pueden adicionarse al carbonilo -insaturado de forma 1,2 o 1,4. La
adición 1,2 corresponde a la adición del radical del organometálico al átomo de carbono carbonílico y
formación de un alcohol alílico mientras que la adición 1,4 corresponde a la adición del radical del
organometálico al átomo de carbono y formación de una cetona ramificada. Esto se muestra en la
Figura 32.
R
O
R'R
OH
R'R' R
O
R'
R'
compuesto carbonílico -insaturado
R'M R'M
adición 1,2 adición 1,4
alcohol alílico cetona
Figura 32: Adición 1,2 versus 1,4 a carbonilos -insaturados.
Los nucleófilos que son bases más fuertes reaccionan mediante una adición 1,2. Estos nucleófilos
reaccionan más rápidamente y dan el producto menos estable, es decir, el producto cinético. Entre
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 20
estos nucleófilos están los organolitiados, los reactivos de Grignard y los hidruros metálicos. Por otro
lado, los nucleófilos que son bases débiles reaccionan mediante una adición 1,4. Estos nucleófilos
reaccionan con la especie más estable que corresponde al sistema conjugado y dan el producto más
estable que es el producto termodinámico. Entre estos nucleófilos se encuentran los organocupratos,
los enolatos, el ión cianuro, el ión tiolato.
6.3.- ADICIÓN AL CARBONILO DE ORGANOLITIADOS.
Los reactivos organolitiados reaccionan preferentemente mediante ataque nucleofílico sobre el
carbono carbonílico, es decir, una adición 1,2. Esto se debe a que el enlace C-Li es muy polarizado y
reacciona rápidamente con la parte más reactiva de la molécula que es el grupo carbonilo (Figura 33)
O
Li
O
O
O
O
Li
Li
+
adición 1,2
H3O+
H
+
H
E-3-pentenona
(2R, 3E)-2-fenil-3-penten-2-ol
(2S, 3E)-2-fenil-3-penten-2-ol
Figura 33: Adición 1,2 de los organolitiados.
6.4.- ADICIÓN AL CARBONILO DE ORGANOCUPRATOS.
Las adiciones 1,4 suelen ocurrir con reactivos organocupratos del tipo R2CuLi, mediante una
adición tipo Michael como se muestra en la Figura 34.
Li
Cu Li
O
LiOLiO
HOHO
H
O
H
O
CuI
adición 1,4
H3O+
R-4-fenil-2-pentanonaS-4-fenil-2-pentanona
+
+
equilibrio ceto-enol
(tautomerismo)
+
Figura 34: Adición 1,4 de los organocupratos.
APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II
PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 21
6.5.- ADICIÓN AL CARBONILO DE ORGANOMAGNESIANOS.
Los organomagnesianos dan productos de adición tanto 1,2 como 1,4 en igual proporción (Figura
32)
MgBr
O
O OO O
MgBrO MgBrO
H
O
H
O
MgBr
O
MgBr MgBr
+
adición 1,4
H3O+
H
+
H
R-4-fenil-2-pentanona
(2R, 3E)-2-fenil-3-penten-2-ol
S-4-fenil-2-pentanona
+ +
adición 1,2
H3O+
(2S, 3E)-2-fenil-3-penten-2-ol
Figura 32: Adición 1,2 y 1,4 de los organomagnesianos.