tema4

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


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


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


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


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

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Preparación de reactivos organolíticos (continuación)

2. Metalación (intercambio hidrogeno-metal)

Es el procedimiento habitual para la preparación de reactivos de alquinillitio, pero


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



2. Metalación (intercambio hidrógeno-metal) (continuación)

Compuestos aromáticos con sustituyentes que se pueden coordinar al ión Li


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


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

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3. Intercambio halógeno-metal


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

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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

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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

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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


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


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


Epóxidos (Reacciones secundarias)

17


Reacciones sobre carbono saturado (resumen)

18


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


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


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

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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


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%

23


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

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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


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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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

27


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

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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:

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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


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


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

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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



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



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

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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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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



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


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



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


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)

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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


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.


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 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 de acoplamientoReacciones de acoplamientoReactivos de Li y Mg

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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 de acoplamientoReactivos de estaño: La reacción de StillCompatible con diferentes grupos funcionales, generalmente con buenos rendimientos, es una de las más utilizadas


de las más utilizadas.

66


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


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

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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

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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

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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

tema4

Documents

el proceso

reacciones

reactivos

br mg

r2 r2mgx r2

pd

de di

r2 r2