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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 reacciones de acoplamiento más generales. A menudo, las reacciones de acoplamiento cruzado requieren catalizadores metálicos . Un tipo de reacción importante es el siguiente:

R−M + R'−X → R−R' + MX (R, R' = fragmentos orgánicos, generalmente arilo ; M = centro del grupo principal como Li o MgX; 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 recibieron el Premio Nobel de Química 2010 por desarrollar reacciones de acoplamiento catalizadas por paladio. [5] [6]

Mecanismo

Existen muchos mecanismos que reflejan los innumerables 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 un metal de un socio nucleofílico con un socio electrofílico.

Mecanismo propuesto para el acoplamiento de Kumada (L = Ligando , Ar = Arilo ).

En tales casos, el mecanismo generalmente implica la eliminación reductiva de RR' de L n MR(R') (L = ligando espectador ). Este intermediario 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 agregan fácilmente al catalizador.

Catalizadores

Mecanismo propuesto para el acoplamiento Sonogashira .

Los catalizadores suelen basarse en paladio, que se suele seleccionar debido a su alta tolerancia a los grupos funcionales . Los compuestos de organopaladio 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 amplia regulación en lo que respecta a los metales pesados. Muchos químicos farmacéuticos intentan utilizar reacciones de acoplamiento en las primeras fases de producción para minimizar las trazas de metal en el producto. [8] Los catalizadores heterogéneos basados ​​en Pd también están bien desarrollados. [9]

Los catalizadores a base de cobre también son comunes, especialmente para el acoplamiento que involucra enlaces heteroátomo-C. [10] [11]

Se han investigado catalizadores a base de hierro, [12] cobalto, [13] y níquel [14] .

Saliendo de grupos

El grupo saliente X en el socio orgánico es usualmente un haluro , aunque se han usado triflato , tosilato , ésteres de pivalato y otros pseudohaluros . [15] 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 bromuro o yoduro para tasas aceptables. El metal del grupo principal en el socio organometálico usualmente es un elemento electropositivo como estaño , zinc , silicio o boro .

Acoplamiento cruzado carbono-carbono

Muchos acoplamientos cruzados 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 combina con el catalizador. [17]

Acoplamiento carbono-heteroátomo

Muchos acoplamientos cruzados 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 de C–H en un areno deficiente en electrones . [20]

Aplicaciones

Las reacciones de acoplamiento cruzado son importantes para la producción de productos farmacéuticos, [4] ejemplos son montelukast , eletriptán , naproxeno , vareniclina y resveratrol . [21] siendo el acoplamiento de Suzuki el más utilizado. [22] Algunos polímeros y monómeros también se preparan de esta manera. [23]

Reseñas

Referencias

  1. ^ Korch, Katerina M.; Watson, Donald A. (2019). "Acoplamiento cruzado de electrófilos heteroatómicos". Chemical Reviews . 119 (13): 8192–8228. doi :10.1021/acs.chemrev.8b00628. PMC 6620169 . PMID  31184483. 
  2. ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). "Tecnologías patentadas seleccionadas de reacción de acoplamiento cruzado". Chemical Reviews . 106 (7): 2651–2710. doi :10.1021/cr0505268. PMID  16836296.
  3. ^ Nuevas tendencias en acoplamiento cruzado: teoría y aplicaciones Thomas Colacot (Editor) 2014 ISBN 978-1-84973-896-5 
  4. ^ ab King, AO; Yasuda, N. (2004). "Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio en la síntesis de productos farmacéuticos". Organometálicos en química de procesos . Temas de química organometálica. Vol. 6. Heidelberg: Springer. págs. 205–245. doi :10.1007/b94551. ISBN. 978-3-540-01603-8.
  5. ^ "El Premio Nobel de Química 2010: Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki". NobelPrize.org. 2010-10-06 . Consultado el 2010-10-06 .
  6. ^ Johansson Seechurn, Carin CC; Kitching, Matthew O.; Colacot, Thomas J.; Snieckus, Victor (2012). "Acoplamiento cruzado catalizado por paladio: una perspectiva contextual histórica del Premio Nobel de 2010". Angewandte Chemie International Edition . 51 (21): 5062–5085. doi :10.1002/anie.201107017. PMID  22573393. S2CID  20582425.
  7. ^ Sun, Chang-Liang; Shi, Zhang-Jie (2014). "Reacciones de acoplamiento sin metales de transición". Chemical Reviews . 114 (18): 9219–9280. doi :10.1021/cr400274j. PMID  25184859.
  8. ^ Thayer, Ann (5 de septiembre de 2005). "Eliminación de impurezas". Chemical & Engineering News . Consultado el 11 de diciembre de 2015 .
  9. ^ Yin, L.; Liebscher, J. (2007). "Reacciones de acoplamiento carbono-carbono catalizadas por catalizadores de paladio heterogéneos". Chemical Reviews . 107 (1): 133–173. doi :10.1021/cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  10. ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gérard (2006). "Tecnologías patentadas seleccionadas de reacción de acoplamiento cruzado". Chemical Reviews . 106 (7): 2651–2710. doi :10.1021/cr0505268. PMID  16836296.
  11. ^ Evano, Gwilherm; Blanchard, Nicolas; Toumi, Mathieu (2008). "Reacciones de acoplamiento mediadas por cobre y sus aplicaciones en productos naturales y síntesis de biomoléculas diseñadas". Chemical Reviews . 108 (8): 3054–3131. doi :10.1021/cr8002505. PMID  18698737.
  12. ^ Robin B. Bedford (2015). "¿Hasta dónde llega el hierro? En busca de las especies activas en reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por Fe". Acc. Chem. Res . 48 (5): 1485–1493. doi :10.1021/acs.accounts.5b00042. PMID  25916260.
  13. ^ Cahiez, GéRard; Moyeux, Alban (2010). "Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por cobalto". Reseñas químicas . 110 (3): 1435-1462. doi :10.1021/cr9000786. PMID  20148539.
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  20. ^ M. Lafrance; CN Rowley; TK Woo; K. Fagnou (2006). "Arilación directa intermolecular catalítica de perfluorobencenos". J. Am. Chem. Soc. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607 . doi :10.1021/ja062509l. PMID  16819868.  
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