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Reacción de acoplamiento cruzado

En química orgánica , una reacción de acoplamiento cruzado es una reacción donde 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−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 reacciones de acoplamiento .

Richard F. Heck , Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki recibieron el Premio Nobel de Química de 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 electrófilo.

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 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 una transmetalación con una fuente de R' − . El paso final es la eliminación reductora 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 añaden fácilmente al catalizador.

catalizadores

Mecanismo propuesto para el acoplamiento de Sonogashira .

Los catalizadores suelen estar basados ​​en paladio, que se selecciona frecuentemente debido a su alta tolerancia a los grupos funcionales . Los compuestos de organopaladio son generalmente estables frente al agua y el aire. Los catalizadores de paladio pueden resultar problemáticos para la industria farmacéutica, que se enfrenta a una amplia regulación en materia de metales pesados. Muchos químicos farmacéuticos intentan utilizar reacciones de acoplamiento en las primeras etapas de la producción para minimizar los rastros 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 acoplamientos que involucran enlaces heteroátomo-C. [10] [11]

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

Dejando grupos

El grupo saliente X en la pareja orgánica suele ser un haluro , aunque se han utilizado triflato , tosilato y otros pseudohaluros . 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 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 del β-hidruro cuando forma complejo con el catalizador. [dieciséis]

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 varias

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 . [19]

Acoplamiento de fluoroareno
Acoplamiento de fluoroareno

Aplicaciones

Las reacciones de acoplamiento cruzado son importantes para la producción de productos farmacéuticos, [4] por ejemplo montelukast , eletriptán , naproxeno , vareniclina y resveratrol . [20] siendo el acoplamiento Suzuki el más utilizado. [21] Algunos polímeros y monómeros también se preparan de esta manera. [22]

Reseñas

Referencias

  1. ^ Korch, Katerina M.; Watson, Donald A. (2019). "Acoplamiento cruzado de electrófilos heteroatómicos". Reseñas químicas . 119 (13): 8192–8228. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00628. PMC 6620169 . PMID  31184483. 
  2. ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gerard (2006). "Tecnologías de reacción de acoplamiento cruzado patentadas seleccionadas". Reseñas químicas . 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 Rey, 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, Akira Suzuki". Premio Nobel.org. 2010-10-06 . Consultado el 6 de octubre de 2010 .
  6. ^ Johansson Seechurn, Carin CC; Cocinando, Matthew O.; Colacot, Thomas J.; Snieckus, Víctor (2012). "Acoplamiento cruzado catalizado por paladio: una perspectiva contextual histórica del Premio Nobel de 2010". Edición internacional Angewandte Chemie . 51 (21): 5062–5085. doi :10.1002/anie.201107017. PMID  22573393. S2CID  20582425.
  7. ^ Sol, Chang-Liang; Shi, Zhang-Jie (2014). "Reacciones de acoplamiento sin metales de transición". Reseñas químicas . 114 (18): 9219–9280. doi :10.1021/cr400274j. PMID  25184859.
  8. ^ Thayer, Ann (5 de septiembre de 2005). "Eliminación de impurezas". Noticias de química e ingeniería . Consultado el 11 de diciembre de 2015 .
  9. ^ Yin, L.; Liebscher, J. (2007). "Reacciones de acoplamiento carbono-carbono catalizadas por catalizadores de paladio heterogéneos". Reseñas químicas . 107 (1): 133–173. doi :10.1021/cr0505674. PMID  17212474. S2CID  36974481.
  10. ^ Corbet, Jean-Pierre; Mignani, Gerard (2006). "Tecnologías de reacción de acoplamiento cruzado patentadas seleccionadas". Reseñas químicas . 106 (7): 2651–2710. doi :10.1021/cr0505268. PMID  16836296.
  11. ^ Evano, Gwilherm; Blanchard, Nicolás; Toumi, Mathieu (2008). "Reacciones de acoplamiento mediadas por cobre y sus aplicaciones en productos naturales y síntesis de biomoléculas diseñadas". Reseñas químicas . 108 (8): 3054–3131. doi :10.1021/cr8002505. PMID  18698737.
  12. ^ Robin B. Bedford (2015). "¿Qué tan bajo llega el hierro? Persiguiendo las especies activas en reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por Fe". Acc. Química. 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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  15. ^ Murahashi, Shunichi; Yamamura, Masaaki; Yanagisawa, Kenichi; Mita, Nobuaki; Kondo, Kaoru (1979). "Síntesis estereoselectiva de alquenos y sulfuros de alquenilo a partir de haluros de alquenilo utilizando catalizadores de paladio y rutenio". La Revista de Química Orgánica . 44 (14): 2408–2417. doi :10.1021/jo01328a016. ISSN  0022-3263.
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  19. ^ Sr. Lafrance; CN Rowley; TK Woo; K. Fagnou (2006). "Arilación directa intermolecular catalítica de perfluorobencenos". Mermelada. Química. Soc. 128 (27): 8754–8756. CiteSeerX 10.1.1.631.607 . doi :10.1021/ja062509l. PMID  16819868.  
  20. ^ Corniles, muchacho; Börner, Armin; Franke, Robert; Zhang, Baoxin; Wiebus, Ernst; Schmid, Klaus (2017). "Hidroformilación". Catálisis Homogénea Aplicada con Compuestos Organometálicos . págs. 23–90. doi :10.1002/9783527651733.ch2. ISBN 9783527328970.
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  22. ^ Hartwig, JF Química de metales de organotransición, de la unión a la catálisis; Libros de ciencias universitarias: Nueva York, 2010. ISBN 1-891389-53-X