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Mecanismo E i

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En química orgánica , el mecanismo E i ( eliminación interna/intramolecular ), también conocido como eliminación syn térmica o eliminación syn pericíclica , es un tipo especial de reacción de eliminación en la que dos sustituyentes vecinales (adyacentes) en una estructura de alcano se eliminan simultáneamente a través de un estado de transición cíclico para formar un alqueno en una eliminación syn . [ 1 ] Este tipo de eliminación es único porque es activado térmicamente y no requiere reactivos adicionales, a diferencia de las eliminaciones regulares, que requieren un ácido o una base , o que en muchos casos involucrarían intermedios cargados . Este mecanismo de reacción se encuentra a menudo en la pirólisis .

Características generales

Los compuestos que experimentan eliminación a través de estados de transición cíclicos al calentarse, sin la presencia de otros reactivos, se denominan reacciones E i . Dependiendo del compuesto, la eliminación tiene lugar a través de un estado de transición de cuatro, cinco o seis miembros. [ 1 ] [ 2 ]

La eliminación debe ser syn y los átomos coplanares para estados de transición de cuatro y cinco miembros, [ 3 ] pero la coplanaridad no es necesaria para estados de transición de seis miembros. [ 1 ]

Hay una cantidad sustancial de evidencia que respalda la existencia del mecanismo E i, tales como: 1) se encontró que la cinética de las reacciones era de primer orden, [ 4 ] 2) el uso de inhibidores de radicales libres no afectó la velocidad de las reacciones, lo que indica que no hay mecanismos de radicales libres involucrados [ 5 ] [ 6 ] 3) los estudios de isótopos para la eliminación de Cope indican que los enlaces CH y CN se rompen parcialmente en el estado de transición, [ 7 ] esto también está respaldado por cálculos que muestran el alargamiento del enlace en el estado de transición [ 8 ] y 4) sin la intervención de otros mecanismos, el mecanismo E i da exclusivamente productos de eliminación syn.

Existen muchos factores que afectan la composición del producto de las reacciones E i , pero generalmente siguen la regla de Hofmann y pierden un hidrógeno β de la posición menos sustituida, dando como resultado el alqueno menos sustituido (lo opuesto a la regla de Zaitsev ). [ 1 ] Algunos factores que afectan la composición del producto incluyen efectos estéricos , conjugación y estabilidad del alqueno que se forma.

Para sustratos acíclicos, el isómero Z suele ser el producto minoritario debido a la interacción gauche desestabilizadora en el estado de transición, pero la selectividad no suele ser alta. [ 2 ]

La pirólisis del N,N -dimetil-2-fenilciclohexilamina-N-óxido muestra cómo los efectos conformacionales y la estabilidad del estado de transición afectan la composición del producto para sustratos cíclicos. [ 2 ]

En el isómero trans , existen dos hidrógenos β cis que pueden eliminarse. El producto mayoritario es el alqueno conjugado con el anillo fenilo, presumiblemente debido al efecto estabilizador sobre el estado de transición. En el isómero cis , solo existe un hidrógeno β cis que puede eliminarse, dando como producto mayoritario el regioisómero no conjugado.

Pirólisis de éster (acetato)

La descomposición pirolítica de ésteres es un ejemplo de eliminación syn térmica . Cuando se someten a temperaturas superiores a 400  °C, los ésteres que contienen hidrógenos β pueden eliminar un ácido carboxílico a través de un estado de transición de 6 miembros, dando como resultado un alqueno. [ 2 ] [ 6 ]

Se utilizó el marcaje isotópico para confirmar que la eliminación syn ocurre durante la pirólisis del éster en la formación del estilbeno . [ 9 ]

A base de azufre

eliminación de sulfóxido

Se descubrió que los β-hidroxifenil sulfóxidos experimentan una eliminación térmica a través de un estado de transición cíclico de 5 miembros, produciendo β-cetoésteres y metilcetonas después de la tautomerización y un ácido sulfénico . [ 10 ]

Los alcoholes alílicos pueden formarse a partir de β-hidroxifenil sulfóxidos que contienen un β'-hidrógeno mediante un mecanismo E i , que tiende a dar la insaturación β,γ . [ 11 ]

Se encontró que los 1,3-dienos se formaban al tratar un alcohol alílico con un sulfuro de arilo en presencia de trietilamina . [ 12 ] Inicialmente, se forma un éster de sulfenato seguido de un reordenamiento sigmatrópico [2,3] para dar un sulfóxido alílico que sufre una eliminación syn térmica para producir el 1,3-dieno.

Eliminación de Chugaev

La eliminación de Chugaev es la pirólisis de un éster de xantato , que produce una olefina . [ 1 ] [ 13 ] Para formar el éster de xantato, un alcohol reacciona con disulfuro de carbono en presencia de una base, lo que produce un xantato metálico que se atrapa con un agente alquilante (típicamente yoduro de metilo ). La olefina se forma mediante la eliminación syn térmica del β-hidrógeno y el éster de xantato. La reacción es irreversible porque los subproductos resultantes, sulfuro de carbonilo y metanotiol , son muy estables.

La eliminación de Chugaev es muy similar a la pirólisis de ésteres, pero requiere temperaturas significativamente más bajas para lograr la eliminación, lo que la hace valiosa para sustratos propensos a la transposición .

Reacción de deshidratación de Burgess

La deshidratación de alcoholes secundarios y terciarios para producir una olefina a través de un éster sulfamato intermedio se denomina reacción de deshidratación de Burgess . [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Las condiciones de reacción utilizadas suelen ser muy suaves, lo que le confiere cierta ventaja sobre otros métodos de deshidratación para sustratos sensibles. Esta reacción se utilizó durante la primera síntesis total del taxol para introducir un grupo exometileno en el anillo C. [ 16 ]

En primer lugar, el alcohol desplaza la trietilamina en el reactivo de Burgess , formando el éster sulfamato intermedio. La abstracción de hidrógeno β y la eliminación del éster sulfamato a través de un estado de transición cíclico de 6 miembros producen el alqueno.

eliminación de tiosulfinato

Los tiosulfinatos pueden eliminarse de forma análoga a los sulfóxidos. Un ejemplo representativo es la fragmentación de la alicina en tioacroleína, que posteriormente forma vinilditiinas . Estas reacciones son importantes en la química antioxidante del ajo y otras plantas del género Allium .

A base de selenio

eliminación de selenóxido

La eliminación de selenóxido se ha utilizado para convertir cetonas, ésteres y aldehídos en sus derivados α,β-insaturados. [ 1 ] [ 17 ]

El mecanismo de esta reacción es análogo a la eliminación de sulfóxido, que es una eliminación syn térmica a través de un estado de transición cíclico de 5 miembros. Los selenóxidos son preferibles para este tipo de transformación sobre los sulfóxidos debido a su mayor reactividad hacia la β-eliminación, lo que en algunos casos permite que la eliminación tenga lugar a temperatura ambiente. [ 2 ]

El ácido areneselénico generado tras la etapa de eliminación se encuentra en equilibrio con el diselenuro de difenilo , que puede reaccionar con olefinas para producir β-hidroxi selenuros en condiciones ácidas o neutras. En condiciones básicas, esta reacción secundaria se suprime. [ 18 ]

Eliminación de Grieco

La deshidratación en un solo paso de un alcohol primario para dar un alqueno a través de un intermedio de o- nitrofenil selenóxido se llama eliminación de Grieco . [ 19 ] [ 20 ]

La reacción comienza con la formación de una sal de selenofosfonio que reacciona con el alcohol para formar una sal de oxafosfonio. El anión arilselenio desplaza al óxido de tributilfosfina, formando la especie alquil aril selenuro. Posteriormente, el selenuro se trata con exceso de peróxido de hidrógeno, lo que da lugar al selenóxido, que elimina el hidrógeno β a través de un estado de transición cíclico de cinco miembros, generando un alqueno.

Se observó que el grupo nitro , que atrae electrones, aumentaba tanto la velocidad de eliminación como el rendimiento final del olefina.

A base de nitrógeno

Afrontamiento de la eliminación

La eliminación de Cope (reacción de Cope) es la eliminación de un óxido de amina terciaria para producir un alqueno y una hidroxilamina a través de un mecanismo E i . [ 13 ] [ 21 ] La eliminación de Cope se utilizó en la síntesis de un análogo de manopiranosilamina. [ 22 ] La amina terciaria se oxidó al óxido de amina utilizando ácido m -cloroperoxibenzoico ( m CPBA) y se sometió a altas temperaturas para la eliminación syn térmica del β-hidrógeno y el óxido de amina a través de un estado de transición cíclico, produciendo el alqueno. Cabe destacar que el hidrógeno indicado (en verde) es el único hidrógeno disponible para la eliminación syn .

Los óxidos de amina cíclicos (anillos de nitrógeno de 5, 7 a 10 miembros) también pueden sufrir una eliminación syn interna para producir hidroxilaminas acíclicas que contienen alquenos terminales. [ 13 ]

Casos especiales para la eliminación de Hofmann

El mecanismo de eliminación de Hofmann es generalmente E2 , pero puede seguir una vía E i en ciertas circunstancias. Para algunas moléculas con impedimento estérico, la base desprotona un grupo metilo en la amina en lugar del hidrógeno β directamente, formando un intermedio iluro que elimina la trimetilamina a través de un estado de transición de 5 miembros, formando el alqueno. Estudios de marcaje con deuterio confirmaron este mecanismo al observar la formación de trimetilamina deuterada (y no de agua deuterada, que se formaría a partir del mecanismo E2). [ 23 ]

La eliminación de Hofmann modificada de Wittig pasa por el mismo mecanismo E i , pero en lugar de usar óxido de plata y agua como base, la modificación de Wittig usa bases fuertes como alquillitios o KNH2/NH3 líquido. [ 24 ] [ 25 ]

eliminación de Iodoso

Se encontró que los yoduros de alquilo secundarios y terciarios con grupos fuertemente atractores de electrones en el carbono α experimentan una eliminación sin pericíclica cuando se exponen al ácido m- cloroperbenzoico ( mCPBA ). [ 26 ] Se propone que la reacción pasa por un intermedio yodoso antes de la eliminación sin del ácido hipoyodoso .

El alcance de esta reacción no incluye los yoduros de alquilo primarios, ya que el intermedio yodoso se reorganiza en el intermedio hipoyodito, el cual, bajo las condiciones de reacción, se convierte en un alcohol. Los grupos fuertemente electroatractores suprimen la vía de reorganización, permitiendo que predomine la vía de eliminación sin pericíclica.

Referencias

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  2. 1 2 3 4 5 Carey, FA; Sunburg, RJ Química orgánica avanzada: Reacción y síntesis , 5.ª ed.; Parte B; Springer: Nueva York, 2010
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