Los borirenos son una clase única de compuestos heterocíclicos de tres miembros caracterizados por un átomo de boro insaturado dentro de su estructura de anillo. Predicho computacionalmente por primera vez por John Pople y Paul von Rague Schleyer en 1981, [ 1 ] el borireno más simple, (CH) 2 BH, es isoelectrónico con el catión ciclopropenio y exhibe aromaticidad de Hückel . [ 2 ] Los borirenos experimentan reacciones de apertura de anillo con reactivos polares [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] y forman aductos de Lewis , [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] debido a la tensión significativa del anillo en su estructura de tres miembros y la presencia de un orbital p vacío en el átomo de boro. El equilibrio de estas dos propiedades conduce a propiedades únicas como ligando para metales de transición, además de la observación de reordenamiento fotoquímico y expansión de anillo . Si bien los borirenos se descubrieron por primera vez en la década de 1980, nuevos derivados como los benzoborirenos han generado un renovado interés en este campo, aunque sus posibles aplicaciones aún no se han explorado por completo.

Estructura electrónica
Tanto la estructura σ como la π de los borirenos contribuyen significativamente a su diversa reactividad. Esto se demuestra mejor comparando los borirenos con el catión ciclopropenilo isoelectrónico : [ 9 ]

Aunque la aromaticidad de Hückel 2π estabiliza la estructura π, los sistemas de anillos de tres miembros como el ciclopropano experimentan una tensión anular significativa con ángulos de enlace de aproximadamente 60°, desviándose significativamente de los ángulos de 120° típicos de los carbonos con hibridación sp2. Esta tensión limita la mezcla de orbitales 2s-2p , y la estructura σ tiene un carácter π significativo en términos de reactividad. [ 10 ] Esto lleva a que las energías de ambas estructuras sean relativamente cercanas, lo que da lugar a interacciones interesantes en general. A partir del principio isolobal , podemos esperar que las propiedades de enlace sean similares en los borirenos:

En la Figura 3 se muestran siete orbitales moleculares. Para el borireno más simple, C₂H₃B , los dos orbitales moleculares ocupados de mayor energía (HOMO) pertenecen a la estructura σ, mientras que los dos orbitales moleculares desocupados de menor energía (LUMO) pertenecen a la estructura π. La sustitución de un átomo de carbono por boro, debido a su menor electronegatividad , rompe la degeneración . Con los orbitales σ y π cercanos en energía, el HOMO−1 y el HOMO (de la estructura σ) pueden actuar como donadores π y σ, respectivamente, mientras que el LUMO y el LUMO+1 actúan como aceptores σ y π. Un estudio computacional detallado sobre borirenos realizado por Paul von Ragué Schleyer y colaboradores predijo que estas moléculas se dimerizan fácilmente en 1,4-diboraciclohexadieno. [ 11 ]
La energética orbital es altamente ajustable mediante efectos de sustituyentes: los grupos electroatractores disminuyen la energía HOMO , mientras que los grupos electrodonadores aumentan la energía LUMO , como se muestra en la Figura 4. [ 9 ] Los borirenos caracterizados hasta la fecha se estabilizan predominantemente por sustituyentes σ- y π-donadores fuertes y ricos en electrones que aumentan la energía LUMO y disminuyen la energía HOMO. Debido a su reactividad inherente, los grupos estéricamente exigentes como los sustituyentes m- terfenilo o mesitilo se emplean comúnmente para mejorar la estabilidad cinética .

Síntesis
El borireno más simple, (CH) ₂BH , que se preparó mediante una reacción entre un átomo de boro y etileno, fue identificado por primera vez utilizando espectroscopia de aislamiento en matriz por Lanzisera et al. en 1997, y posteriormente confirmado con el método de haces moleculares cruzados por Balucani et al. [ 12 ] [ 13 ] Los borirenos sustituidos se preparan típicamente a partir de un alquino, y se preparan mediante una transposición o una vía de borileno como se muestra en el Esquema 1 :

La adición de borileno es un método ampliamente utilizado para la síntesis de borirenos simples. La primera identificación de un borireno sustituido fue reportada por Van Der Kerk et al., lograda a través del análisis GC-MS de una reacción en un solo paso que involucra MeBBr 2 , KC 8 , y di- tert -butilacetileno en condiciones de reflujo. [ 14 ] El mecanismo propuesto sugiere la formación de un intermedio de metilborileno altamente reactivo , formado a través de la eliminación de dos equivalentes de bromuro de potasio. Este intermedio posteriormente sufre una cicloadición [2+1] con el precursor alquino, lo que lleva a la formación de la estructura del borireno. De manera similar, se ha reportado un enfoque fotoquímico que utiliza tris(trifenilsilil)borano como precursor, en el cual un intermedio de sililborileno altamente reactivo reacciona con bis(trimetilsilil)acetileno para formar productos análogos. [ 15 ] Esta vía sintética está limitada por la estabilidad de los materiales de partida cuando se exponen a agentes reductores fuertes, la inestabilidad inherente del intermedio borileno y los bajos rendimientos.
Una ruta alternativa y más suave para preparar borirenos implica el uso de complejos de borileno terminales , que pueden transferir eficientemente la fracción de borileno a alquinos en condiciones fotolíticas . Los complejos ricos en electrones, como [(OC) 5 Cr=BX], han surgido como reactivos clave en este contexto y han sido ampliamente estudiados por Braunschweig y colaboradores. [ 6 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]
Los borirenos también pueden sintetizarse mediante el reordenamiento de alquinos internos unidos directamente a sustituyentes de boro. Por ejemplo, los diboranos sustituidos con alquilo reaccionan con trimetilstannilalquinos para formar intermedios de alquinil-diborano, que se reordenan rápidamente en productos de borireno. Alternativamente, el reordenamiento fotoinducido de alquinil-boranos proporciona otra vía eficiente para la síntesis de borirenos. [ 5 ] [ 23 ]
Reactividad

Al igual que otros compuestos de boro tricoordinados, los borirenos forman fácilmente aductos de Lewis. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Las bases de Lewis fuertes como los carbenos N-heterocíclicos (NHC) se unen eficientemente a los borirenos, pero pueden ser desplazadas mediante la introducción de ácidos de Lewis más fuertes, como el tris(pentafluorofenil)borano . [ 6 ] También se ha demostrado que la piridina se une reversiblemente a los borirenos, lo que ilustra la acidez de Lewis más suave de los borirenos debido a la estructura π aromática. [ 6 ] En los casos en que el átomo de boro está directamente unido a un fragmento metálico capaz de funcionar como grupo saliente —como FeCp*(CO) 2 — dos equivalentes de NHC pueden desplazar el fragmento metálico, dando como resultado un centro de boro tetracoordinado formalmente cargado positivamente, con [FeCp*(CO) 2 ] − actuando como contraanión. [ 7 ]
De forma similar a otras moléculas cíclicas altamente tensionadas como los ciclopropanos, el significativo carácter π del marco σ permite que los borirenos experimenten reacciones de apertura de anillo. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Los reactivos polares , como el cloruro de hidrógeno (HCl) y los alcoholes (HOR), rompen fácilmente el enlace B–C, con el componente más electropositivo enlazado al carbono. Dado que los orbitales frontera de los borirenos se caracterizan por un HOMO dominado por el marco σ y un LUMO dominado por el marco π, esto facilita no solo las reacciones de apertura de anillo y la formación de aductos de Lewis, sino también otras transformaciones, como reordenamientos fotoinducidos y la coordinación como ligandos a metales de transición. Como se muestra en el Esquema 2 , cuando un fragmento metálico rico en electrones se enlaza a uno de los átomos de carbono del borireno, puede ocurrir un reordenamiento fotoinducido para producir alquinilboranos. [ 4 ] [ 22 ] A pesar de su reactividad inherente, los borirenos sustituidos exhiben una notable estabilidad térmica, tolerando temperaturas de hasta 200 °C. Sin embargo, se descomponen lentamente en oxígeno, regenerando el material de partida alquino original y produciendo cantidades traza de un producto de expansión de anillo de cinco miembros, dioxaborol, como se detecta por GC-MS. [ 5 ]
Propiedades potenciales del ligando

Los borirenos exhiben un potencial prometedor como ligandos. Por ejemplo, la introducción de un complejo metálico rico en electrones, como el tetrakis(trietilfosfina)platino(0) , a un complejo de borileno induce la coordinación del enlace σ B–C en lugar de su ruptura. [ 24 ] Esto se muestra en el Esquema 3. El fragmento de platino se beneficia de una fuerte donación σ y π del marco σ y una moderada aceptación π del marco π. Cabe destacar que no se observa interacción d π −σ* BC , lo que indica que la activación del enlace B−C es desfavorable.

Braunschweig y colaboradores demostraron además el potencial de los borirenos como ligandos. La reacción de difenilacetileno con un complejo de borileno terminal, como se muestra en el Esquema 4 , produjo tanto un borileno libre como un complejo de cromo-borileno unido en η³ en una proporción de 4:1. [ 17 ] Los autores propusieron que el complejo de cromo-borileno unido en η³ actúa como un intermedio en el proceso de transferencia de borileno.
Las investigaciones computacionales resaltan aún más las propiedades electrónicas distintivas de los ligandos de borireno. Al comparar el complejo modelo (1,3,5-triisopropilbenceno)Cr(CO) 3 con el producto minoritario, el análisis de descomposición de energía (EDA) reveló un aumento de aproximadamente 1,6 veces en parámetros clave: interacciones electrostáticas atractivas, interacciones orbitales e interacciones repulsivas de Pauli, lo que indica que el borireno es un ligando más fuerte que el CO.
Benzoborirenos

Los benzoborirenos representan una clase novedosa y altamente reactiva de derivados de borireno, donde el anillo de borireno se fusiona a un anillo de benceno mediante un enlace C=C compartido. [ 2 ] Los cálculos DFT sugieren que la aromaticidad local de la unidad de borireno en el benzoborireno es comparable a la del borireno original. Sin embargo, esta fusión introduce una tensión anular significativa debido a la deformación estructural del anillo de benceno de forma anti-Mills-Nixon, lo que resulta en enlaces C=C más cortos en los átomos fusionados. Esta tensión también aumenta la acidez de Lewis inherente del centro de boro. [ 2 ] [ 25 ]
El benzoborireno, de corta duración, fue detectado experimentalmente por primera vez como un intermedio por Bettinger y colaboradores en 2002. [ 26 ] En 2018, el grupo de Bettinger caracterizó el primer compuesto de benzoborireno estable mediante espectroscopia de RMN , identificando un benzoborireno estabilizado por NHC que se dimeriza rápidamente para formar un 9,10-diboraantraceno estabilizado por NHC. Cabe destacar que la dimerización puede evitarse estabilizando el centro de boro con grupos voluminosos y ricos en electrones. [ 25 ]
En 2020, el grupo de Ye impulsó el campo mediante la síntesis de un benzoborireno estabilizado con bis(trimetilsilil)amina (HMDS) utilizando Cp₂ZrPh₂ y HMDSBBr₂ como reactivos clave. Sus hallazgos revelaron que los benzoborirenos presentan una reactividad distinta a la de los borirenos. Donadores fuertes, como isonitrilos y carbenos N-heterocíclicos, indujeron reacciones de expansión y apertura de anillo, respectivamente, divergiendo de la formación típica de aductos de Lewis observada para los borirenos. [ 27 ] [ 28 ]
En 2022, el grupo Bettinger sintetizó un benzoborireno estabilizado con m -terfenilo y realizó estudios de reactividad detallados. En consonancia con su elevada reactividad, se encontró que los benzoborirenos formaban aductos de Lewis solo con ligandos débiles como la piridina. El metanol, como se observó con los borirenos, indujo reacciones de apertura de anillo. Se observaron transformaciones más complejas con óxidos de fosfina, aldehídos e isonitrilos, que desencadenaron reacciones de expansión de anillo, lo que condujo a la formación de especies heterocíclicas de boro de cinco miembros. [ 29 ] Dos años más tarde, en 2024, el grupo Bettinger amplió la reactividad de los benzoborienos al mostrar su potencial para experimentar expansiones de anillo formales (2+2), como se muestra en el Esquema 6 . [ 30 ] Esto contrasta con la reactividad mostrada por el ciclopropa[ b ]naftaleno, que puede considerarse un análogo totalmente de carbono del benzoborireno, que se sabe que experimenta reacciones de cicloadición formales [4+2] y [4+2] con dienófilos altamente reactivos, como la 4,-fenil-1,2,4-triazolina-3,5-diona (PTAD) y la 3,6-di-(4-piridil)-1,2,4,5-tetrazina (4,4'-bptz). [ 31 ] [ 32 ]

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