La reacción de Heck (también llamada reacción de Mizoroki-Heck ) [1] es la reacción química de un haluro insaturado (o triflato ) con un alqueno en presencia de una base y un catalizador de paladio para formar un alqueno sustituido. Lleva el nombre de Tsutomu Mizoroki y Richard F. Heck . Heck recibió el Premio Nobel de Química de 2010 , que compartió con Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki , por el descubrimiento y desarrollo de esta reacción. Esta reacción fue el primer ejemplo de una reacción de formación de enlaces carbono-carbono que siguió un ciclo catalítico de Pd(0)/Pd(II), el mismo ciclo catalítico que se observa en otras reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por Pd(0) . La reacción de Heck es una forma de sustituir alquenos. [2] [3] [4] [5]
La reacción original de Tsutomu Mizoroki (1971) describe el acoplamiento entre yodobenceno y estireno en metanol para formar estilbeno a 120 °C ( autoclave ) con base de acetato de potasio y catálisis con cloruro de paladio . Este trabajo fue una extensión de un trabajo anterior de Fujiwara (1967) sobre el acoplamiento de arenos (Ar-H) y alquenos mediado por Pd(II) [6] [7] y un trabajo anterior de Heck (1969) sobre el acoplamiento de compuestos arilmercúricos. haluros (ArHgCl) con alquenos utilizando una cantidad estequiométrica de una especie de paladio (II). [8]
En 1972, Heck reconoció la publicación de Mizoroki y detalló el trabajo descubierto de forma independiente . Las condiciones de la reacción de Heck difieren en términos del catalizador (acetato de paladio), la carga del catalizador (0,01 eq.), la base (amina impedida) y la ausencia de disolvente. [9] [10]
En 1974, Heck demostró que los ligandos de fosfina facilitaban la reacción. [11]
La reacción está catalizada por complejos de paladio. Los catalizadores y precatalizadores típicos incluyen tetrakis(trifenilfosfina)paladio(0) , cloruro de paladio y acetato de paladio(II) . Los ligandos de soporte típicos son trifenilfosfina , PHOX y BINAP . Las bases típicas son trietilamina , carbonato de potasio y acetato de sodio .
El electrófilo arilo puede ser un haluro (Br, Cl) o un triflato, así como haluros de bencilo o vinilo . El alqueno debe contener al menos un enlace sp 2 -CH. Los sustituyentes aceptores de electrones mejoran la reacción, por lo que los acrilatos son ideales. [12]
El mecanismo de esta vinilación involucra intermediarios de organopaladio . El compuesto de paladio (0) requerido a menudo se genera in situ a partir de un precursor de paladio (II). [13] [14]
Por ejemplo, el acetato de paladio (II) se reduce mediante trifenilfosfina a bis (trifenilfosfina) paladio (0) ( 1 ) concomitante con la oxidación de trifenilfosfina a óxido de trifenilfosfina . El paso A es una adición oxidativa en la que el paladio se inserta en el enlace bromuro de arilo. El complejo de paladio (II) resultante se une al alqueno ( 3 ). En el paso B, el alqueno se inserta en el enlace Pd-C en un paso de adición sintética . El paso C implica una eliminación de beta-hidruro (aquí las flechas muestran lo contrario) con la formación de un nuevo complejo paladio-alqueno π ( 5 ). Este complejo se destruye en el siguiente paso. El complejo de Pd(0) se regenera mediante eliminación reductora del compuesto de paladio(II) por carbonato de potasio en el paso final , D. En el curso de la reacción, el carbonato se consume estequiométricamente y el paladio es realmente un catalizador y se utiliza en cantidades catalíticas. En el proceso Wacker se observa un ciclo de paladio similar pero con diferentes escenas y actores .
Este ciclo no se limita a compuestos vinílicos, en el acoplamiento de Sonogashira uno de los reactivos es un alquino y en el acoplamiento de Suzuki el alqueno se reemplaza por un ácido arilborónico y en la reacción de Stille por un arilestanano . El ciclo también se extiende al otro elemento del grupo 10, el níquel, por ejemplo en el acoplamiento Negishi entre haluros de arilo y compuestos organozinc. El platino forma fuertes enlaces con el carbono y no tiene actividad catalítica en este tipo de reacción.
Esta reacción de acoplamiento es estereoselectiva con propensión al transacoplamiento a medida que el grupo haluro de paladio y el residuo orgánico voluminoso se alejan entre sí en la secuencia de reacción en un paso de rotación. La reacción de Heck se aplica industrialmente en la producción de naproxeno y el componente de protección solar metoxicinamato de octilo . La síntesis de naproxeno incluye un acoplamiento entre un compuesto de naftaleno bromado con etileno : [15]
En presencia de un líquido iónico, se produce una reacción de Heck en ausencia de un ligando de fósforo. En una modificación, el acetato de paladio y el líquido iónico (bmim)PF 6 se inmovilizan dentro de las cavidades de gel de sílice de fase reversa . [16] De esta manera la reacción se desarrolla en agua y el catalizador es reutilizable.
En la modificación de oxiarilación de Heck, el sustituyente de paladio en el intermedio de adición syn es desplazado por un grupo hidroxilo y el producto de reacción contiene un anillo de dihidrofurano . [17]
En la reacción amino-Heck se forma un enlace nitrógeno - carbono . En un ejemplo, [18] una oxima con un grupo fuertemente aceptor de electrones reacciona intramolecularmente con el extremo de un dieno para formar un compuesto de piridina . El catalizador es tetraquis (trifenilfosfina) paladio (0) y la base es trietilamina .
