Carboboración

En química orgánica , la carboboración es la adición de un átomo de carbono y un átomo de boro a ciertos enlaces dobles y triples que contienen carbono, como alquenos , alquinos y alenos .

En la síntesis de compuestos orgánicos , esta reacción química se utiliza para introducir un nuevo enlace carbono-carbono y un enlace carbono-boro. El producto de las reacciones de carboboración son compuestos organoboránicos que resultan útiles en la síntesis orgánica , ya que contienen tanto un nuevo grupo carbono como un átomo de boro para su posterior funcionalización. Este enlace carbono-boro permite la química organoborónica , que facilita una amplia variedad de transformaciones químicas como la oxidación y la reacción de Suzuki . El enlace carbono-boro puede transformarse en diversos grupos funcionales y fragmentos, lo que lo hace muy útil en la química farmacéutica y la síntesis orgánica.

La carboboración se desarrolló poco después de la aparición y el uso generalizado de la hidroboración . La carboboración suele facilitarse mediante catálisis, a menudo con metales de transición , e implica generalmente un alqueno o alquino activado. Las dos categorías mejor documentadas de carboboración son la carboboración 1,1 y la 1,2, que se diferencian en la regioselectividad del grupo de carbono entrante.

La carboboración 1,1 transfiere tanto el enlace carbono-carbono como el enlace carbono-boro al mismo carbono del sustrato. Requiere una migración 1,2 de un sustituyente de un carbono a otro en el doble enlace. La reacción de Wrackmeyer se considera generalmente el ejemplo pionero de carboboración 1,1 y utiliza un grupo migrante metálico para facilitar la transformación. ^{[ 1 ]} Sin embargo, existen varios ejemplos modernos de carboboración con diversos grupos migrantes. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La reacción de Wrackmeyer implica la carboboración 1,1 de un compuesto 1-alquinilmetálico para producir compuestos alquenilborano. [M] puede ser un compuesto de silicio , germanio , estaño o plomo con diversos sustituyentes o ligandos. [M] y BR₂ _suelen estar en posición cis entre sí en la reacción de Wrackmeyer, con algunas excepciones. ^{[ 1 ]}

Se propone que la carboboración 1,1 de tipo Wrackmeyer transcurre a través de un intermedio zwitteriónico , y este intermedio ha sido aislado y caracterizado en algunos casos. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} Sin embargo, el mecanismo puede depender en gran medida del sustrato y del reactivo.

En un borano , el compuesto típicamente adopta una geometría molecular trigonal plana , lo que hace que el átomo de boro sea un centro electrófilo. Los sustituyentes pueden afectar la fuerza del borano como ácido de Lewis . ^{[ 5 ]} Los boranos que son ácidos de Lewis más fuertes son mejores electrófilos y, por lo tanto, más capaces de facilitar la carboboración. Los boranos pueden optimizarse para funcionar en sustratos menos activados. El tris(pentafluorofenil)borano [B(C ₆ F ₅ ) ₃ ] es un borano fuertemente ácido de Lewis que funciona bien en carboboraciones 1,1 con sustratos activados y no activados, y permite que la reacción se facilite con condiciones más suaves. ^{[ 3 ]} Un sustrato activado como un alqueno o un alquino tiene un grupo atractor de electrones directamente unido a un carbono dentro del doble o triple enlace. ^{[ 7 ]} Se han utilizado catalizadores de metales de transición para desarrollar carboboraciones 1,1 enantioselectivas en alquenos no activados. Estas reacciones pasan por un ciclo catalítico que puede o no pasar por un intermedio zwitteriónico. ^{[ 8 ]}

La carboboración 1,2 introduce el enlace carbono-carbono y el enlace carbono-boro en carbonos adyacentes del sustrato. Generalmente se facilita mediante catálisis con metales de transición, pero se han desarrollado carboboraciones 1,2 sin metales de transición, las cuales siguen siendo de interés para los químicos sintéticos. ^{[ 11 ]} La ventaja de utilizar metales de transición radica en que las reacciones a menudo pueden tener un control enantioselectivo basado en los ligandos empleados en el complejo metálico. Los metales comunes utilizados son paladio , níquel y cobre , que suelen acoplarse con un organoborano o una fuente de boro con un electrófilo o nucleófilo . ^{[ 12 ]}

El mecanismo de carboboración depende en gran medida del sustrato y los reactivos utilizados en la reacción. A continuación se muestran ejemplos de dos tipos de carboboraciones 1,2 de alquenos catalizadas por Pd: de tipo Heck y de tipo Wacker . ^{[ 12 ]} Sin embargo, las reacciones catalizadas por Cu y Ni pueden transcurrir mediante mecanismos similares. Estos dos mecanismos difieren principalmente en el estado de oxidación del catalizador activo y en cómo se transfiere el grupo carbono al sustrato: si el enlace C–C se forma mediante inserción migratoria desde el catalizador ( esfera interna ) o ataque por un nucleófilo externo ( esfera externa ). Las carboboraciones de tipo Wacker, catalizadas por Pd ^II , son mucho menos frecuentes que las de tipo Heck. El primer ejemplo de una carboboración 1,2 de tipo Wacker fue publicado por el grupo de Engle en 2019. ^{[ 13 ]}

A pesar de la tendencia común de utilizar metales de transición, también se han desarrollado procesos libres de metales de transición, como el uso de ácidos borónicos ^{[ 11 ]} o la iniciación radical mediada por luz. ^{[ 14 ]} Estas reacciones generalmente conducen a que el sustituyente de boro esté en el extremo o en el lado menos sustituido del sustrato, pero también se han desarrollado anti-carboboraciones que producen regioselectividad inversa. ^{[ 11 ] [ 13 ] [ 15 ]} También se ha hecho mucho trabajo para hacer que la 1,2-carboboración sea enantioselectiva usando varios ligandos en catalizadores de metales de transición.

A nickel-catalyzed 1,n arylboration was developed in 2019 by Yin and coworkers and remains the only example of a chain-walking arylboration.^[23] This was accomplished via a nitrogen-based ligand and a three-component coupling. The general scheme plus proposed mechanism is shown.