química organica avanzada. tema 10 reacciones de transferencia

QUÍMICA ORGANICA AVANZADA.
TEMA 10
REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE
CARBANIONES MEDIANTE COMPUESTOS
ORGANOMETÁLICOS
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Química Orgánica Avanzada / Tema 10 / Juan A. Palop
QUÍMICA ORGANICA AVANZADA. TEMA 10
REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE CARBANIONES
MEDIANTE COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS
El término ORGANOMETÁLICO comprende todos aquellos
compuestos que presentan metales unidos a fragmentos
orgánicos: metal-alquilo o arilo, alcóxidos, arilóxidos, sales
de ácidos, compuestos de coordinación...
Estudiaremos aquí los que presentan enlace C-Metal como
potenciales carbaniones para utilizar en la síntesis de nuevos
enlaces C-C.
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Característica principal: polaridad del enlace C-Metal y su
heterolisis.
Fórmulas moleculares distintas : R-Mg-X, R-Cd-R, R-Cu.
Volúmenes en R y en la molécula total variables (también
halógeno) lo que influye en la reactividad por razones
estéricas.
La capacidad de transferencia del carbanión es variable,
depende de varios factores y establece la diferencia principal
de reactividad entre ellos.
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ORGANOMAGNÉSICOS, MAGNESIANOS O REACTIVOS GRIGNARD
R-Mg-X
R = alquilo o arilo; X = I, Br, Cl (estabilizante del metal positivo)
Preparación: Mg (activo) + éter o THF (seco) + halogenuro alquilo o arilo
R-Mg-X + H-OH
R-H + OH- + X-Mg+
Estructura en disolución: complejo tetracoordinado por R, X y 2 moléculas
de disolvente (O: , N:) o asociaciones de dímeros.
Br
OEt2
Mg
Mg
C6H5
OEt2
C6H5
C6H5
Br
Et2O
Mg
Br
OEt2
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Mecanismo de acción:
R
Mg
X
R
A
B
A
B
MgX
H2O
H+
R
A
B
H
La línea de trazos es un enlace si se ha partido
de A==B. HO-Mg-X queda como subproducto.
La hidrólisis ácida final de la sal magnésica es una necesidad
de todos los procesos con magnesianos que forman intermedios
iónicos (a veces se omite aunque se supone).
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REACCIONES:
R-Mg-I
MgBr
+
+ R’-I
R-R’
O
CH2-CH(OH)-CH3
CH3
R1-CO-R2 + R3-Mg-X
R1-C(OH)-R2
R3
R’-COOEt + 2 R-MgX
R’-C(OH)-R
R
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Carbonatación:
R-Mg-Cl + CO2
R-COOMgCl
R-COOH
HIDRÓLISIS ÁCIDA
Reacciones con nitrogenados:
R’-CH=N-R’’ + R-MgX
R’-CN + R-MgX
R’-CH(R)-N(MgX)-R’’
R’-C(R)=NMgX
R’-C(R)=NH
R’-CH(R)-NH-R’’
R’-C(R)=O
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Comportamiento básico (interferencia):
R’-COOH + R-MgX
R’-COOMgX + RH
INCOMPATIBILIDAD DE GRUPOS CON MAGNESIANOS:
-OH
(alcohol y fenol)
-SH
-CΞCH
-CO-NH2
-NH-
-NH2
-COOH
H2O
-SO3H
-CO-NH-R
¡¡ TAMPOCO PUEDEN ESTAR PRESENTES CARBONOS ELECTRÓFILOS EN LA MOLÉCULA !!
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O
REACCIONES COMPETITIVAS
(QUIMIOSELECTIVIDAD)
Carbonilos
α,β- insaturados
O
O
R
Controlado por
R
factores estéricos
(+ volumen magnesiano)
OH
O
R
R
H
H
H3C
O
O
H3C
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ORGANOLÍTICOS:
Preparación:
1. Sustitución de halógeno:
R-X + 2 Li
R-Li + LiX
(ausencia agua, O2 y bajas temperaturas)
Para haluros poco reactivos (vinilo, arilo):
R-Br + n-Bu-Li
R-Li + n-Bu-Br
2. Sustitución de hidrógeno ácido (Metalación):
R-CΞC-H + R’-Li
R-CΞC-Li + R’-H
CH2=CH-OCH3 + n-Bu-Li
CH2=C(Li)-OCH3
Nucleófilos más potentes que los magnesianos (Li [1.0] más positivo que
Mg [1.2] supone más fácil transferencia del carbanión) y menos afectados
por los impedimentos estéricos (sin halógeno más fácil aproximación).
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O
NO reacciona con magnesianos
CH3
H3C
CH3
SI reacciona con organolíticos
CH3
Entra yoduro de
fenilmagnesio
H
O
H3C
Entra fenillitio
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Reaccionan con el anión carboxilato:
R’-COOH + 2 R-Li
R’-COOLi
R’RC(OLi)2
R’-CO-R
Alquilación:
But
CH3CH2CH2CH2-Li
O
But
+
OH
OH
Adición a carbonilo:
S
H3C
O
S
n-Bu-Li
H3C
OH
S But
+
S
But
R OH
H3C
Ataque más despejado que rinde el estereoisómero
más estable con el grupo But en ecuatorial (S,S).
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DERIVADOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Existen con diferentes proporciones y números de coordinación:
ORGANOCUPROSOS:
R-X + 2Li
R-Li [ + 1 CuI ]
R-Cu
Estructura de
complejo de
coordinación
ORGANOCUPROLÍTICOS:
R-X + 2Li
R-Li [ + ½ CuI ]
½ Li[R-Cu-R]
Estos últimos tienen gran utilidad en la reacción de COREY-HOUSE:
Br
LiCu(CH3)2
Br
Sustitución nucleófila de orden 2 para síntesis de alcanos.
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Reaccionan con halogenuros poco reactivos, vinílicos y aromáticos:
C6H5-CH=CH-Br + LiCuR2
C6H5-CH=CH-R
C6H5-Br + LiCu[CH2=C(CH3)]2
C6H5-C(CH3)=CH2
Reacción con ésteres sulfónicos:
C6H5-SO2-O-R’ + LiCuR2
R-R’
Quimioselectividad en carbonilos:
O
LiCuR2 (-78º C)
O
Cl
REACCIONA
NO REACCIONA
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Reacción con epóxidos:
LiCuR2
R
OH
O
O
LiCuR2
OH
+
R
OH
R
mayoritario
Ataque poco favorecido, producto minoritario
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Reacciones de adición conjugada:
O
COOEt
O
R
COOEt
CHO
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Derivados organocuprosos (más inestables, menos reactivos):
R1
R2
H
R2
COOH
CO2
H
Li
R1
R1
H
R2
CN
Cl-CN
CuBr
R1
H
CH2= CH-CH2-Br
R1
H
R2
Cu
H
R1
O
R2
MgBr
R2
R1
CH2-CH=CH2
H
R2
OH
Se proponen como ejemplo los útiles alquenil-Cu
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DERIVADOS ORGANOMETÁLICOS DE CADMIO:
Preparación:
CdCl2 + 2 R-Li
R-Cd-R + 2 LiCl
CdCl2 + 2 R-MgX
R-Cd-R + 2MgXCl
Poco reactivos, sólo reaccionan con carbonilos de haluros de acilo
permitiendo QUIMIOSELECTIVIDAD:
O
O
O
R-Cd-R
O
Cl
R
O
O
OH
R-MgX
R
R
R
OH
R
Comparación de reactividades entre organocádmicos y organomagnésicos
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Caso práctico: diseñar la síntesis de 2,4-dimetil-3-hexanona disponiendo de
reactivos de cuatro carbonos.
O
Quimioselectividad:
Sí reacciona con cloruros
de ácido y no con cetonas
Desconexión
O
SINTONES
+
-
O
Cl
Cd
INTENTE LA SINTESIS
DISPONIENDO SÓLO
DE REACTIVOS DE 3
CARBONOS.
EQIVALENTES
SINTÉTICOS
TGF
Br
Objetivo sintético de los
reactivos organometálicos:
facilitar la transferencia de
carbaniones para formación
nuevos enlaces C-C.
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DERIVADOS ORGANOMETÁLICOS DE CINC
Formación:
2 R-I + 2 Zn
R-Zn-R + ZnI2
Reactividad:
Menor reactividad que magnesianos y similar a derivados de cadmio.
REACCIÓN DE REFORMATZKY
Reactivos de cinc formados in situ:
Br
COOEt
Zn
O-Zn-Br
Br-Zn
R
COOEt
R
R
OEt
Sugerencia: Hell-Volhard-Zelinsky
Reaccionan con compuestos carbonílicos pero no con ésteres.
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Objetivo de la reacción de Reformatzky:
síntesis de β-hidroxiésteres o ésteres α,β-insaturados
Br-Zn
R1
O
R2
+
R1 OH
COOEt
R1
COOEt
R2
R
COOEt
R
R2
R
Desconexiones que permite esta reacción:
R1 OH
R1
COOEt
R2
R
COOEt
sintón
positivo
equivalente:
cetona
R2
R
sintón
negativo
equivalente:
reactivo Reformatzky
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REACCIÓN DE BLAISE:
COOEt
R'
N
+
R
Br-Zn
COOEt
R
O
N Zn-Br
COOEt
R
R'
R'
Objetivo sintético: β-cetoésteres por adición a insaturación de nitrilo
desconexión
sintón positivo:
nitrilo
O
R'
COOEt
R
sintón negativo:
reactivo cíncico
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ENOLATOS DE CINC PROCEDENTES DE α-HALOCETONAS:
R-CO-CH2-Br + Zn
R-CO-CH2-Zn-Br
O
O
+
O
OH
O
H
ZnBr
Enolatos de cinc estabilizados pueden utilizarse
como nucleófilos en la condensación aldólica mixta
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ACETILUROS METÁLICOS:
Son las sales de alquinos terminales actuando como ácidos.
Preparación:
R-CΞC-H + NaNH2 / NH3
R-CΞC-Na
R-CΞC-H + n-Bu-Li / éter
R-CΞC-Li
R-CΞC-H + R’-MgCl / THF
R-CΞC-MgCl
Reactividad:
Nucleófilos más débiles que los alquil o aril metales
No reaccionan con cetonas (sí con aldehídos)
No reaccionan con ésteres (sí con cloruros de ácido).
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REACCIONES DE LOS ACETILUROS METÁLICOS:
Sustitución nucleófila de orden 2 en halogenuros de alquilo:
Br-CH2-CH2-CH2-Br + CH3-CΞCNa
CH3-CΞC-CH2-CH2-CH2-CΞC-CH3
Adición a carbonilo (sólo aldehídos):
C6H5-CHO + CH3-CH2-CΞCLi
C6H5-CH(OH)-CΞC-CH2-CH3
Sustitución en el acilo (haluros):
EtOOC-CH2-CH2-COCl + C6H5-CΞC-MgI
EtOOC-CH2-CH2-CO-CΞC-C6H5
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Fin del Tema 10
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