El n - butillitio C4H9Li (abreviadon - BuLi ) es un reactivo de organolitio . Se utiliza ampliamente como iniciador de polimerización en la producción de elastómeros como el polibutadieno o el estireno-butadieno-estireno (SBS) . Además, se emplea ampliamente como base fuerte ( superbase ) en la síntesis de compuestos orgánicos como en la industria farmacéutica.
El butillitio está disponible comercialmente en forma de soluciones (15%, 25%, 1,5 M , 2 M, 2,5 M, 10 M, etc.) en alcanos como pentano , hexanos y heptanos . Se pueden preparar soluciones en éter dietílico y THF , pero no son lo suficientemente estables para el almacenamiento. La producción y el consumo mundial anual de butillitio y otros compuestos organolitios se estiman entre 2.000 y 3.000 toneladas. [2]
Aunque el butil-litio es incoloro, el n -butil-litio suele encontrarse como una solución de color amarillo pálido en los alcanos. Estas soluciones son estables indefinidamente si se almacenan adecuadamente, [3] pero en la práctica se degradan con el tiempo. Se deposita un fino precipitado blanco ( hidruro de litio ) que cambia de color a naranja. [3] [4]
n -BuLi existe como un grupo tanto en estado sólido como en solución. La tendencia a agregarse es común en los compuestos de organolitio. Los agregados se mantienen unidos mediante enlaces covalentes deslocalizados entre el litio y el carbono terminal de la cadena de butilo. [5] En el caso de n -BuLi, los grupos son tetraméricos (en éter) o hexaméricos (en ciclohexano ). El grupo es un grupo distorsionado de tipo cubano con grupos Li y C H 2 R en vértices alternos. Una descripción equivalente describe el tetrámero como un tetraedro de Li 4 interpenetrado con un tetraedro [ CH 2 R] 4 . El enlace dentro del grupo está relacionado con el utilizado para describir el diborano, pero es más complejo ya que están involucrados ocho átomos. Como reflejo de su carácter rico en electrones, el n -butillitio es altamente reactivo con los ácidos de Lewis .
Debido a la gran diferencia entre las electronegatividades del carbono (2,55) y del litio (0,98), el enlace C-Li está altamente polarizado. Se ha estimado que la separación de cargas es del 55 al 95%. Para fines prácticos, a menudo se puede considerar que n -BuLi reacciona como el anión butilo , n -Bu- , y un catión de litio , Li + .
La preparación estándar para n -BuLi es la reacción de 1-bromobutano o 1-clorobutano con Li metálico: [3]
Si el litio utilizado para esta reacción contiene entre un 1% y un 3% de sodio , la reacción avanza más rápidamente que si se utiliza litio puro. Los disolventes utilizados para esta preparación incluyen benceno , ciclohexano y éter dietílico. Cuando BuBr es el precursor, el producto es una solución homogénea, que consiste en un grupo mixto que contiene LiBr y BuLi, junto con una pequeña cantidad de octano . BuLi forma un complejo más débil con LiCl, de modo que la reacción de BuCl con Li produce un precipitado de LiCl .
Las soluciones de butillitio, que son susceptibles de degradación por el aire, se estandarizan mediante valoración . Un ácido débil popular es el bifenil -4-metanol, que da un derivado de dilitio de color intenso en el punto final. [6]
El butil-litio se valora principalmente como iniciador de la polimerización aniónica de dienos , como el butadieno . [7] La reacción se llama "carbolitiación":
De este modo se puede polimerizar isopreno de forma estereoespecífica. También es de importancia comercial el uso de butillitio para la producción de polímeros de estireno-butadieno . Incluso el etileno se insertará en BuLi. [8]
El butil litio es una base fuerte (p K b ≈ -36), pero también es un potente nucleófilo y reductor , dependiendo de los demás reactivos. Además, además de ser un nucleófilo fuerte, el n -BuLi se une a bases de Lewis apróticas, como éteres y aminas terciarias , que desagregan parcialmente los grupos uniéndose a los centros de litio. Su uso como base fuerte se conoce como metalación . Las reacciones normalmente se llevan a cabo en tetrahidrofurano y éter dietílico , que son buenos disolventes para los derivados de organolitio resultantes (ver más abajo).
Una de las propiedades químicas más útiles del n -BuLi es su capacidad para desprotonar una amplia gama de ácidos de Brønsted débiles . El t -butillitio y el s -butillitio son más básicos. n -BuLi puede desprotonar (es decir, metalar) muchos tipos de enlaces C-H, especialmente cuando la base conjugada está estabilizada por deslocalización de electrones o uno o más heteroátomos (átomos distintos de carbono). Los ejemplos incluyen acetilenos ( H- CC -R), sulfuros de metilo ( H - CH2SR ), tioacetales ( H -CH(SR) 2 , por ejemplo, ditiano ), metilfosfinas ( H - CH2PR2 ), furanos , tiofenos y ferroceno . ( Fe ( H −C5H4 ) ( C5H5 ) ) . [9] Además de estos, también desprotonará todos los compuestos más ácidos, como alcoholes, aminas, compuestos carbonílicos enolizables y cualquier compuesto abiertamente ácido, para producir alcóxidos, amidas, enolatos y otras sales de litio, respectivamente. La estabilidad y volatilidad del butano resultante de tales reacciones de desprotonación es conveniente, pero también puede ser un problema para reacciones a gran escala debido al volumen de gas inflamable producido.
La basicidad cinética de n -BuLi se ve afectada por el disolvente o codisolvente. Los ligandos que forman complejos con Li + , como el tetrahidrofurano (THF), la tetrametiletilendiamina (TMEDA), la hexametilfosforamida (HMPA) y el 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano ( DABCO ), polarizan aún más el enlace Li-C y aceleran la metalación. Estos aditivos también pueden ayudar a aislar el producto litiado, un ejemplo famoso del cual es el dilitioferroceno.
La base de Schlosser es una superbase producida al tratar butil-litio con t -butóxido de potasio . Es cinéticamente más reactivo que el butillitio y se utiliza a menudo para lograr metalaciones difíciles . Si bien hay algo de n -butilpotasio presente y es una base más fuerte que el n -BuLi, la reactividad de la mezcla no es exactamente la misma que la del n -butilpotasio aislado. [10]
Un ejemplo del uso de n -butillitio como base es la adición de una amina al carbonato de metilo para formar un carbamato de metilo , donde el n -butillitio sirve para desprotonar la amina:
El butillitio reacciona con algunos bromuros y yoduros orgánicos en una reacción de intercambio para formar el correspondiente derivado de organolitio. La reacción suele fallar con cloruros y fluoruros orgánicos:
Esta reacción de intercambio litio-halógeno es útil para la preparación de varios tipos de compuestos RLi, en particular aril litio y algunos reactivos de vinil litio. Sin embargo, la utilidad de este método está significativamente limitada por la presencia en la mezcla de reacción de n -BuBr o n -BuI, que pueden reaccionar con el reactivo RLi formado, y por reacciones de deshidrohalogenación competitivas , en las que n -BuLi sirve como base:
Estas reacciones secundarias son significativamente menos importantes para RI que para RBr, ya que el intercambio yodo-litio es varios órdenes de magnitud más rápido que el intercambio bromo-litio. Por estas razones, los yoduros de arilo, vinilo y alquilo primario son los sustratos preferidos, y generalmente se usa t -BuLi en lugar de n -BuLi, ya que el t -BuLi formado es inmediatamente destruido por el t -BuLi en una reacción de deshidrohalogenación (que requiere por lo tanto dos equivalentes de t -BuLi). Alternativamente, los reactivos de vinil litio se pueden generar mediante reacción directa del haluro de vinilo (p. ej., cloruro de ciclohexenilo) con litio o mediante intercambio de estaño-litio (consulte la siguiente sección). [3]
Una familia de reacciones relacionada son las transmetalaciones , en las que dos compuestos organometálicos intercambian sus metales. Muchos ejemplos de tales reacciones implican el intercambio de litio con estaño :
Las reacciones de intercambio estaño-litio tienen una ventaja importante sobre los intercambios halógeno-litio para la preparación de reactivos de organolitio, en que los compuestos de estaño producto (C 4 H 9 SnMe 3 en el ejemplo anterior) son mucho menos reactivos frente a los reactivos de litio que los los productos de halogenuros de los correspondientes intercambios halógeno-litio (C 4 H 9 Br o C 4 H 9 Cl). Otros metales y metaloides que sufren tales reacciones de intercambio son los compuestos orgánicos de mercurio , selenio y telurio .
Los reactivos de organolitio, incluido el n -BuLi, se utilizan en la síntesis de aldehídos y cetonas específicos . Una de esas vías sintéticas es la reacción de un reactivo de organolitio con amidas disustituidas :
El THF es desprotonado por el butillitio, especialmente en presencia de TMEDA , mediante la pérdida de uno de los cuatro protones adyacentes al oxígeno. Este proceso, que consume butillitio para generar butano, induce la apertura del anillo para dar enolato de acetaldehído y etileno . [11] Por lo tanto, las reacciones de BuLi en THF generalmente se llevan a cabo a bajas temperaturas, como –78 °C, como se produce convenientemente mediante un baño de congelación de hielo seco y acetona. También se utilizan temperaturas más altas (-25 °C o incluso -15 °C).
Cuando se calienta, n -BuLi, de manera análoga a otros reactivos de alquillitio con "β-hidrógenos", sufre eliminación de β-hidruro para producir 1-buteno e hidruro de litio (LiH):
Los compuestos de alquil-litio se almacenan bajo gas inerte para evitar la pérdida de actividad y por razones de seguridad. n -BuLi reacciona violentamente con el agua:
Esta es una reacción exergónica y altamente exotérmica. Si hay oxígeno presente, el butano producido puede encenderse.
BuLi también reacciona con CO 2 para dar pentanoato de litio: