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Reacción de acoplamiento cruzado

En química orgánica , una reacción de acoplamiento cruzado es una reacción en la que se unen dos fragmentos diferentes. Los acoplamientos cruzados son un subconjunto de las reac...

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En química orgánica , una reacción de acoplamiento cruzado es una reacción en la que se unen dos fragmentos diferentes. Los acoplamientos cruzados son un subconjunto de las reacciones de acoplamiento más generales. A menudo, las reacciones de acoplamiento cruzado requieren catalizadores metálicos . Un tipo de reacción importante es este:

R−METRO+R′incógnita⟶R−R′+MX{\displaystyle {\ce {RM + R'X -> RR' + MX}}}
R, R' = fragmentos orgánicos, generalmente arilo ;
M = centro del grupo principal, como Li o Mg;
X = haluro

Estas reacciones se utilizan para formar enlaces carbono-carbono , pero también enlaces carbono-heteroátomo. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Las reacciones de acoplamiento cruzado son un subconjunto de las reacciones de acoplamiento .

Richard F. Heck , Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki fueron galardonados con el Premio Nobel de Química de 2010 por desarrollar reacciones de acoplamiento catalizadas por paladio. [ 5 ] [ 6 ]

Mecanismo

Existen muchos mecanismos que reflejan la miríada de tipos de acoplamientos cruzados, incluidos aquellos que no requieren catalizadores metálicos. [ 7 ] Sin embargo, a menudo, el acoplamiento cruzado se refiere a una reacción catalizada por metales de un socio nucleofílico con un socio electrófilo.

Mecanismo propuesto para el acoplamiento de Kumada (L = ligando , Ar = arilo ).

En estos casos, el mecanismo generalmente implica la eliminación reductiva de RR' de L n MR(R') (L = ligando espectador ). Este intermedio L n MR(R') se forma en un proceso de dos pasos a partir de un precursor de baja valencia L n M. La adición oxidativa de un haluro orgánico (RX) a L n M da L n MR(X). Posteriormente, el segundo socio sufre transmetalación con una fuente de R' − . El paso final es la eliminación reductiva de los dos fragmentos de acoplamiento para regenerar el catalizador y dar el producto orgánico. Los sustratos insaturados, como los enlaces C(sp)−X y C(sp 2 )−X, se acoplan más fácilmente, en parte porque se adicionan fácilmente al catalizador.

Catalizadores

Mecanismo propuesto para el acoplamiento de Sonogashira .

Los catalizadores suelen basarse en paladio , que se selecciona con frecuencia debido a su alta tolerancia a los grupos funcionales . Los compuestos organopaladianos son generalmente estables frente al agua y al aire. Los catalizadores de paladio pueden ser problemáticos para la industria farmacéutica, que se enfrenta a una estricta regulación sobre metales pesados. Muchos químicos farmacéuticos intentan utilizar reacciones de acoplamiento al inicio de la producción para minimizar los rastros de metal en el producto. [ 8 ] Los catalizadores heterogéneos basados ​​en Pd también están bien desarrollados. [ 9 ]

Las alternativas a los acoplamientos cruzados de paladio se hicieron comunes en la década de 2000, con interés en metales no preciosos y menos tóxicos. [ 10 ] Los catalizadores a base de cobre son especialmente útiles para el acoplamiento que involucra enlaces heteroátomo-C. [ 11 ] [ 12 ] También se ha investigado la catálisis con hierro [ 13 ] y cobalto. [ 14 ] El uso de la catálisis a base de níquel se ha generalizado. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

Grupos que abandonan

El grupo saliente X en el socio orgánico suele ser un haluro , aunque se han utilizado triflato , tosilato , ésteres de pivalato, [ 20 ] carbamatos, [ 21 ] [ 22 ] y otros pseudohaluros . [ 15 ] [ 23 ] El cloruro es un grupo ideal debido al bajo costo de los compuestos organoclorados. Sin embargo, con frecuencia, los enlaces C–Cl son demasiado inertes y se requieren grupos salientes de bromuro o yoduro para velocidades aceptables. El metal del grupo principal en el socio organometálico suele ser un elemento electropositivo como el estaño , el zinc , el silicio o el boro .

Acoplamiento cruzado carbono-carbono

Muchas reacciones de acoplamiento cruzado implican la formación de enlaces carbono-carbono.

Las restricciones en la geometría del átomo de carbono inhiben principalmente la eliminación de β-hidruro cuando se compleja con el catalizador. [ 25 ]

Acoplamiento carbono-heteroátomo

Muchas reacciones de acoplamiento cruzado implican la formación de enlaces carbono-heteroátomo (heteroátomo = S, N, O). Un método popular es la reacción de Buchwald-Hartwig :

Reacciones diversas

El paladio cataliza el acoplamiento cruzado de haluros de arilo con areno fluorado. El proceso es inusual porque implica la funcionalización C–H en un areno deficiente en electrones . [ 28 ]

En 2015, los equipos de investigación de Neil Garg y Ken Houk descubrieron una nueva clase de acoplamientos cruzados que involucran amidas como reactivos. [ 29 ] La catálisis con níquel rompe los enlaces CN fuertes típicos de las amidas mediante adición oxidativa. [ 30 ] Utilizando níquel o paladio, se pueden lograr transformaciones de amidas, incluyendo esterificación, transamidación, hidrólisis, acoplamientos de Suzuki-Miyaura, [ 31 ] y reacciones de Heck asimétricas. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

Aplicaciones

Las reacciones de acoplamiento cruzado son importantes para la producción de productos farmacéuticos, [ 4 ] ejemplos de los cuales son montelukast , eletriptán , naproxeno , vareniclina y resveratrol . [ 35 ] siendo el acoplamiento de Suzuki el más utilizado. [ 36 ] Algunos polímeros y monómeros también se preparan de esta manera. [ 37 ]

Véase también

Reseñas

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Referencias

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