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Química de los organocobres

Dímero de eterato de difenilcuprato de litio a partir de la estructura cristalina Fórmula esquelética del dímero de éter de difenilcuprato de litio La química de los organocobre...

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Dímero de eterato de difenilcuprato de litio a partir de la estructura cristalina
Fórmula esquelética del dímero de éter de difenilcuprato de litio

La química de los organocobres es el estudio de las propiedades físicas, las reacciones y la síntesis de los compuestos organocúpricos , que son compuestos organometálicos que contienen un enlace químico carbono - cobre . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Son reactivos en química orgánica .

El primer compuesto organocúprico, el explosivo acetiluro de cobre(I) Cu 2 C 2 ( Cu + [ − C≡C − ]Cu + ), fue sintetizado por Rudolf Christian Böttger en 1859 haciendo pasar gas acetileno a través de una solución de cloruro de cobre(I) en amoníaco: [ 4 ]

C 2 H 2 + 2 [ Cu(NH 3 ) 2 ]Cl → Cu 2 C 2 + 2 NH 4 Cl + 2 NH 3

Estructura y enlaces

Los compuestos organocúpricos presentan una estructura y reactividad diversas, pero casi todos se basan en cobre con un estado de oxidación de +1, a veces denominado Cu(I) o Cu + . Con 10 electrones en su capa de valencia , el comportamiento de enlace del Cu(I) es similar al del Ni (0), pero debido a su mayor estado de oxidación, participa en menos retrodonación pi . Los derivados orgánicos de cobre con estados de oxidación superiores, +2 y +3, se encuentran a veces como intermedios de reacción , pero rara vez se aíslan o incluso se observan.

Los compuestos organocúpricos forman complejos con una variedad de ligandos blandos como alquilfosfinas ( R3P ) , tioéteres ( R2S ) y cianuro ( CN− ) .

Debido a la capa electrónica esférica del Cu + , los complejos de cobre(I) tienen estructuras simétricas, ya sean lineales , planares trigonales o tetraédricas , dependiendo del número de ligandos .

Complejos simples con ligandos de CO, alqueno y Cp.

Se sabe desde hace tiempo que las sales de cobre(I) se unen al CO , aunque débilmente. Un complejo representativo es el cloruro de carbonilo de cobre (I) polimérico CuCl(CO). A diferencia de los carbonilos metálicos clásicos , estos compuestos presentan poca retrodonación π . [ 5 ]

Fragmento de la estructura cristalina del CuCl(CO). Los centros de Cu son tetraédricos y están unidos por ligandos cloruro con triple puente .

Los alquenos se unen al cobre(I), aunque generalmente de forma débil. El enlace inverso de Dewar-Chatt-Duncanson entre Cu + y los alquenos es consecuencia de la correlación electrónica y, por lo tanto, invisible para la simulación de Hartree-Fock . [ 6 ] La unión del etileno al Cu en las proteínas tiene una gran importancia en la biología vegetal, hasta el punto de que el etileno se clasifica como una hormona vegetal . Su presencia, detectada por la proteína Cu, afecta la maduración de la fruta y muchos otros procesos. [ 7 ]

El cobre no forma metaloceno y solo se adiciona al ciclopentadieno en presencia de bases de Lewis "blandas" para dar complejos de tipo sándwich . [ 8 ] Uno de estos derivados es el π-ciclopentadienilo ­ (trietilfosfina) ­ cobre(I), [ C 5 H 5 ] − [ Cu(P(CH 2 CH 3 ) 3 )] + . [ 9 ]

compuestos de alquilcobre y arilcobre

Cobre(I)

Los haluros de cobre reaccionan con reactivos de organolitio para dar compuestos organocúpricos. Este campo fue impulsado por Henry Gilman , quien informó sobre el metilcobre en 1936. Así, el fenilcobre se prepara mediante la reacción de fenillitio con bromuro de cobre(I) en éter dietílico . Los reactivos de Grignard pueden utilizarse en lugar de los compuestos de organolitio. Gilman también investigó los dialquilcupratos. Estos se obtienen combinando dos equivalentes de RLi con sales de Cu(I). Alternativamente, estos cupratos se preparan a partir de compuestos organocúpricos oligoméricos neutros mediante tratamiento con un equivalente de reactivo de organolitio.

Los compuestos del tipo [ CuR n ] ( n −1)− son reactivos frente al oxígeno y el agua, formando óxido de cobre(I) . También tienden a ser térmicamente inestables, lo que puede ser útil en ciertas reacciones de acoplamiento. A pesar de estas dificultades, o debido a ellas, los reactivos de organocobre se generan y consumen frecuentemente in situ sin intentar aislarlos. Se utilizan en síntesis orgánica como reactivos alquilantes porque presentan mayor tolerancia a los grupos funcionales que los reactivos de Grignard y organolitio correspondientes. La electronegatividad del cobre es mucho mayor que la de su vecino en los elementos del grupo 12 , el zinc , lo que sugiere una nucleofilicidad reducida para sus ligandos de carbono.

Las sales de cobre reaccionan con alquinos terminales para formar los acetiluros .

Los haluros de alquilo reaccionan con compuestos organocúpricos con inversión de la configuración. Por otro lado, las reacciones de los compuestos organocúpricos con haluros de alquenilo se producen con retención de la configuración del sustrato. [ 10 ]

Los compuestos organocúpricos se acoplan con haluros de arilo (véase condensación de Ullmann y reacción de Ullmann ):

ArX + (Ar') 2 CuLi ⇌ ArAr'CuLi + Ar'X
2 ArAr'CuLi ⇌ (Ar) 2 CuLi + (Ar') 2 CuLi
ArAr'CuLi + O 2 → Ar−Ar'

Agregación

Los complejos de cobre alquilo y arilo se agregan tanto en forma cristalina como en solución. La agregación es especialmente evidente para los compuestos organocúpricos neutros, es decir, especies con la fórmula empírica (RCu), que adoptan estructuras cíclicas. Dado que cada centro de cobre requiere al menos dos ligandos, el grupo orgánico es un ligando puente . Este efecto se ilustra con la estructura del mesitilcobre, que es un pentámero. También se observa una estructura cíclica para CuCH₂SiMe₃ , donde Me representa el grupo metilo CH₃ , el primer compuesto organocúprico 1:1 analizado por cristalografía de rayos X (1972 por Lappert). Este compuesto es relativamente estable porque los voluminosos grupos trimetilsililo proporcionan protección estérica. Es un tetrámero , que forma un anillo de 8 miembros con enlaces Cu-C alternados. Además, los cuatro átomos de cobre forman un anillo Cu₄ planar basado en enlaces de tres centros y dos electrones . La longitud del enlace cobre-cobre es de 242 pm en comparación con 256 pm en el cobre a granel. En el pentamesitilpentacobre se forma un anillo de cobre de 5 miembros, similar al (2,4,6-trimetilfenil)oro, y el pentafluorofenilcobre es un tetrámero. [ 11 ]

agregados organocúpricos

El dimetilcuprato(I) de litio es un dímero en éter dietílico , formando un anillo de 8 miembros con dos átomos de litio que unen dos grupos metilo, (Li + [ Cu(CH 3 ) 2 ] − ) 2 . De manera similar, el difenilcuprato(I) de litio forma un éterato dimérico, ( [ Li(O(CH 2 CH 3 ) 2 )] + [ Cu Ph 2 ] − ) 2 , en estado sólido. [ 12 ]

Cobre(III)

Se ha demostrado la participación del estado de oxidación Cu(III), que es poco común, en la adición conjugada del reactivo de Gilman a una enona : [ 13 ] En un experimento de RMN de inyección rápida a −100  °C, el reactivo de Gilman Li + [ Cu(CH 3 ) 2 ] − (estabilizado por yoduro de litio ) se introdujo en la ciclohexenona ( 1 ) lo que permitió la detección del complejo pi de cobre-alqueno 2 . En la adición posterior de cianuro de trimetilsililo se forma la especie Cu(III) 3 (indefinidamente estable a esa temperatura) y al aumentar la temperatura a −80 °C se forma el producto de adición conjugada 4 . Según experimentos in silico adjuntos [ 14 ] el intermedio Cu(III) tiene una geometría molecular plano-cuadrada con el grupo ciano en orientación cis con respecto al grupo metino de ciclohexenilo y antiparalelo al protón metínico. Este estudio predice, con ligandos distintos al grupo ciano, la formación de compuestos de Cu(III) estables a temperatura ambiente . 

Un intermedio de Cu(III) caracterizado por RMN.

Reacciones de los organocupratos

Reacciones de acoplamiento cruzado

Antes del desarrollo de las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio , el cobre fue el catalizador preferido durante casi un siglo. El paladio ofrece una reacción más rápida y selectiva. Los reactivos y catalizadores de cobre siguen siendo objeto de innovación. En comparación con el paladio, el cobre es más económico, pero los números de recambio suelen ser menores con el cobre y las condiciones de reacción son más rigurosas. [ 15 ]

Las reacciones de Li + [ CuR 2 ] − con haluros de alquilo R'−X dan el producto de acoplamiento:

Li + [ CuR 2 ] − + R'−X → R−R' + CuR + LiX

El mecanismo de reacción implica la adición oxidativa (AO) del haluro de alquilo al Cu(I), formando un intermedio planar de Cu(III), seguido de una eliminación reductiva (ER). El ataque nucleofílico es la etapa determinante de la velocidad. En la sustitución del yoduro , se propone un mecanismo de transferencia de un solo electrón (véase la figura).

[R−Cu−R]−Li+ →R′−incógnita [R−Cu|incógnitaR′|−R]−Li+⟶R−Cu+R−R′+Li−incógnita{\displaystyle [{\ce {R}}{-}{\color {Azul}{\ce {Cu}}}{\ce {-R}}]^{-}{\ce {Li+}}\ {\xrightarrow {\color {Rojo}{\ce {R'-X}}}}\ \left[{\ce {R}}{-}{\overset {{\displaystyle \color {Rojo}{\ce {R}}'} \atop |}{\underset {| \atop {\displaystyle \color {Rojo}{\ce {X}}}}{\color {Azul}{\ce {Cu}}}}}{\ce {-R}}\right]^{-}{\ce {Li+}}{\ce {->R}}{-}{\color {Azul}{\ce {Cu}}}+{\ce {R}}{-}{\color {Rojo}{\ce {R'}}}+{\ce {Li}}{-}{\color {Rojo}{\ce {X}}}}

Muchos electrófilos participan en esta reacción. El orden aproximado de reactividad, comenzando por el más reactivo, es el siguiente: cloruros de ácido [ 16 ] > aldehídos > tosilatos ~ epóxidos > yoduros > bromuros > cloruros > cetonas > ésteres > nitrilos >> alquenos

En general, el mecanismo OA-RE es análogo al de las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio. Una diferencia entre el cobre y el paladio es que el cobre puede experimentar procesos de transferencia de un solo electrón. [ 10 ]

Mecanismo propuesto de acoplamiento cruzado de cobre

Reacciones de acoplamiento

El acoplamiento oxidativo es el acoplamiento de acetiluros de cobre a alquinos conjugados en el acoplamiento de Glaser (por ejemplo, en la síntesis de ciclooctadecanonaeno ) o a haluros de arilo en el acoplamiento de Castro-Stephens .

El acoplamiento reductivo es una reacción de acoplamiento de haluros de arilo con un equivalente estequiométrico de cobre metálico que ocurre en la reacción de Ullmann . Una reacción relacionada, llamada acoplamiento cruzado descarboxilativo , tiene como socio de acoplamiento un carboxilato. El Cu(I) desplaza un carboxilo formando el intermedio arilcobre (ArCu). Simultáneamente, un catalizador de paladio reacciona con un bromuro de arilo para dar un intermedio organopaladio (Ar'PdB), que sufre transmetalación para dar ArPdAr', el cual a su vez elimina reductivamente el biarilo . [ 17 ] [ 18 ]

Acoplamiento arilo-arilo descarboxilativo

El acoplamiento redox neutro consiste en el acoplamiento de alquinos terminales con haloalquinos mediante una sal de cobre(I) en la reacción de Cadiot-Chodkiewicz . También es posible el acoplamiento térmico de dos compuestos organocúpricos.

Carbocupración

La carbocupración es una adición nucleofílica de reactivos de organocobre ( R−Cu ) a acetileno o alquinos terminales que da como resultado un compuesto de alquenilcobre ( R₂C = C(R)−Cu ). [ 19 ] Es un caso especial de carbometalación y también se denomina reacción de Normant . [ 20 ] [ 21 ]

Ciclo catalítico para carbocupración para la síntesis de productos aldólicos, tipo Baylis-Hillman [ 22 ]

Aplicaciones sintéticas

  • El acoplamiento de Chan-Lam permite la formación de enlaces carbono-heteroátomo arílicos. Implica el acoplamiento de ácidos borónicos , estananos o siloxanos con sustratos que contienen grupos NH u OH.
  • La reacción de Ullmann implica reacciones de haluros de arilo mediadas por cobre. Se reconocen dos tipos de reacción de Ullmann:
    1. Síntesis clásica de compuestos biarílicos simétricos promovida por cobre)
    2. Sustitución aromática nucleofílica promovida por cobre.
  • La reacción de acoplamiento de Sonogashira , que utiliza tanto cobre como paladio, implica el acoplamiento de haluros de arilo y/o vinilo con alquinos terminales.

Agentes reductores

Los hidruros de cobre son agentes reductores especializados . El hidruro de cobre más conocido es el reactivo de Stryker , con la fórmula [(PPh₃ ) CuH] ₆ . Reduce la porción alqueno de los compuestos carbonílicos α,β-insaturados . [ 23 ] Una reacción relacionada, pero catalítica, utiliza un complejo de NHC de cobre(I) con equivalentes de hidruro proporcionados por un hidrosilano . [ 24 ] [ 25 ]

Reducción catalizada por cobre de Buchwald

Reacción de alquilación del cobre

Generalmente, la reacción de alquilación de reactivos de organocobre procede mediante alquilación gamma . El ataque cis - gamma se produce mejor en carbamato de ciclohexilo debido a impedimentos estéricos. Se ha informado que la reacción es favorable en disolventes etéreos. Este método ha demostrado ser muy eficaz para el acoplamiento oxidativo de aminas y alquilos, incluidos los haluros de terc -butilo y arilo. [ 26 ]

Reacciones de funcionalización vecinal

Funcionalización vecinal mediante una secuencia de reacción de carbocupración/aldol de Mukaiyama: [ 27 ]

función vecinal

Muller y colaboradores informaron sobre una funcionalización vecinal de ésteres α,β-acetilénicos utilizando una secuencia de reacción de carbocupración/aldol de Mukaiyama (como se muestra en la figura anterior); la carbocupración favorece la formación del aldol Z.

Véase también

Lecturas adicionales

  • Yao, B.; Liu, Y.; Zhao, L.; Wang, D.; Wang, M. (2014). "Diseño de un ciclo catalítico Cu (II) -ArCu (II) -ArCu (III) -Cu (I): azidación del enlace C-H de areno oxidativo catalizado por Cu (II) con aire como oxidante en condiciones ambientales". J. Org. química . 79 (22): 11139– 11145. doi : 10.1021/jo502115a . PMID 25350606 . 
  • Yamamoto, Y.; Yamammoto, S.; Yatagai, H.; Maruyama, K (1980). "Reacciones mediadas por ácido de Lewis de reactivos de organocobre. Un ataque gamma regioselectivo notablemente mejorado de haluros alílicos y alquilación directa de alcoholes alílicos a través de RCu.BF 3 ". Journal of the American Chemical Society . 102 (7): 2318– 2325. doi : 10.1021/ja00527a032 .

Referencias

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  2. ↑ WA Herrmann, ed. (1999). Métodos sintéticos de química organometálica e inorgánica . Vol. 5, Cobre, plata, oro, zinc, cadmio y mercurio. Stuttgart: Thieme. ISBN  3-13-103061-5.
  3. ↑ Christoph Elschenbroich (2006). Organometálicos (3 ed.). Weinheim: Wiley-VCH. ISBN  3-527-29390-6.
  4. ↑ RC Bottger (1859). "Ueber die Einwirkung des Leuchtgases auf verschiedene Salzsolutionen, insbesondere auf eine ammoniakalische Kupferchlorürlösung" . Annalen der Chemie und Pharmacie . 109 (3): 351– 362. doi : 10.1002/jlac.18591090318 .
  5. ↑ Strauss, SH (2000). "Carbonilos de cobre(I) y plata(I). Ser o no ser no clásicos". Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions . 2000 : 1–6 . doi : 10.1039/A908459B .
  6. ↑ Nakamura Eiichi; Mori Seiji (2000). "¿Por qué eres cobre?" (PDF) . Angewandte Chemie . 39 (edición internacional ). Weinheim: Wiley: 3759. 
  7. ↑ Light, KM; Wisniewski, JA; Vinyard, WA; Kieber-Emmons, MT (2016). "Percepción de la hormona vegetal etileno: conocidos-conocidos y conocidos-desconocidos". J. Biol. Inorg. Chem . 21 ( 5– 6): 715– 728. doi : 10.1007/s00775-016-1378-3 . PMID 27456611 . S2CID 14399214 .  
  8. ↑ Birmingham, John M. "Síntesis de compuestos metálicos de ciclopentadienilo": 371. doi : 10.1016/S0065-3055(08)60082-9 . {{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )
  9. ↑ Delbaere, LTJ; McBride, DW; Ferguson, RB (1970). "Estructura cristalina del π-ciclopentadienil(trietilfosfina)cobre(I), π-C 5 H 5 CuP(C 2 H 5 ) 3 ". Acta Crystallographica B . 26 (5): 515– 21. doi : 10.1107/S056774087000273X .
  10. 1 2 Posner, GH 2011. Reacciones de sustitución utilizando reactivos de organocobre. Organic Reactions. 22:2:253–400
  11. ↑ Cairncross, Allan; Sheppard, William A; Wonchoba, Edward; Guilford, William J; House, Cynthia B; Coates, Robert M (1979). "Tetrámero de pentafluorofenilcobre, un reactivo para la síntesis de compuestos aromáticos fluorados". Organic Syntheses . 59 : 122. doi : 10.15227/orgsyn.059.0122 .
  12. ↑ NP Lorenzen, E. Weiss (1990). "Síntesis y estructura de un difenilcuprato de litio dimérico:[{Li(OEt)2}(CuPh2)]2". Angew. Chem. Int. Ed. 29 (3): 300– 302. doi : 10.1002/anie.199003001 .
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  14. ^ Hu, Haipeng; Snyder, James P. (2007). "Adición de conjugado organocuprato: el intermedio" CuIII "cuadrado-planar". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 129 (23): 7210– 1. doi : 10.1021/ja0675346 . PMID 17506553 . 
  15. ↑ Beletkaya, IP; Cheprakov, AV (2004). "El cobre en las reacciones de acoplamiento cruzado: la química posterior a Ullman". Coord. Chem. Rev. 248 : 2337–2364 . doi : 10.1016 /j.ccr.2004.09.014 .
  16. ↑ Para un ejemplo, véase: Posner, Gary H.; Whitten, Charles E. (2003). "Cetonas alquílicas secundarias y terciarias a partir de cloruros de ácido carboxílico y reactivos de feniltio(alquil)cuprato de litio: cetona fenil tert-butílica". Organic Syntheses : 122. doi : 10.1002/0471264180.os055.28 . ISBN 0471264229.
  17. ↑ Goossen, LJ; Deng, G; Levy, LM (2006). "Síntesis de biarilos mediante acoplamiento descarboxilativo catalítico". Science . 313 (5787): 662– 4. Bibcode : 2006Sci...313..662G . doi : 10.1126/science.1128684 . PMID 16888137 . 
  18. ↑ Reactivos: base carbonato de potasio , disolvente NMP , catalizadores acetilacetonato de paladio , yoduro de cobre(I) , MS significa tamices moleculares , ligando fenantrolina
  19. ↑ Por ejemplo: "Adición de un complejo de etilcobre a 1-octino: (E)-5-etil-1,4-undecadieno". Organic Syntheses . 64 : 1. 1986. doi : 10.15227/orgsyn.064.0001 .
  20. ^ Normant, J; Bourgain, M. (1971). "Síntesis de estereospecifique y reactivite d 'organocuivreux viniliques". Letras de tetraedro . 12 (27): 2583. doi : 10.1016/S0040-4039(01)96925-4 .
  21. ↑ Müller, DS; Marek, I. (2016). "Reacciones de carbometalación mediadas por cobre" . Chemical Society Reviews . 45 (16): 4552– 4566. doi : 10.1039/C5CS00897B . PMC 5166570. PMID 26808300 .  
  22. ↑ HENDRIX, AMANDA JOY MUELLER. NUEVAS METODOLOGÍAS MEDIANTE LA CARBOCUPRACIÓN CATALÍTICA DE ALQUINOATO Y LA SÍNTESIS TOTAL DE (+)-ASPERGILLIDA B (PDF) . Consultado el 17 de enero de 2018 .
  23. ↑ Daeuble, John F.; Stryker, Jeffrey M. (2001). "Hexa-μ-hidrohexakis(trifenilfosfina)hexacobre". Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . doi : 10.1002/047084289X.rh011m . ISBN 0471936235.
  24. ↑ Cox, N.; Dang, H.; Whittaker, AM; Lalic, G. (2014). "Hidruros de cobre NHC como agentes reductores quimioselectivos: reducción catalítica de alquinos, triflatos de alquilo y haluros de alquilo". Tetrahedron . 70 ( 27–28 ): 4219–4231 . doi : 10.1016/j.tet.2014.04.004 .
  25. ↑ Jurkauskas, V.; Sadighi, JP; Buchwald, SL (2003). "Adición conjugada de compuestos α,β-insaturados catalizada por un complejo de carbeno de cobre". Org. Lett . 5 (14): 2417– 2420. doi : 10.1021/ol034560p . PMID 12841744 . 
  26. ↑ Yamamoto, H.; Marouka, K. (1980). "Nueva N-alquilación de aminas con reactivos de organocobre". J. Org. Chem . 45 (13): 2739– 2740. doi : 10.1021/jo01301a048 .
  27. ↑ Muller, AJ; Jennings, MP. Funcionalización vecinal de ésteres de propionilato mediante una secuencia de reacción de carbocupración catalítica en tándem-reacción aldólica de Mukaiyama. Org. Lett. 2008, 10, 1649-1652