Las reacciones de los compuestos de alquenil- y alquinilaluminio implican la transferencia de un grupo alquenilo o alquinilo nucleofílico unido al aluminio a un átomo electrófilo. La hidroaluminización estereoespecífica, la carboaluminización y la metalación terminal de alquinos son métodos útiles para la generación de los alquenil- y alquinilalanos necesarios. [1]
El aluminio, al igual que su congénere boro, es menos electronegativo que el carbono (Al, 1,61; C, 2,55); por lo tanto, los carbonos unidos al aluminio en los organoalanos poseen una carga negativa parcial y, como resultado, son nucleófilos. Sin embargo, en general, los organoalanos no son lo suficientemente nucleófilos como para transferir un grupo orgánico por sí solos (la excepción es cuando se utilizan aceptores de carbonilo y enona, debido a la alta oxofilicidad del aluminio [2] ). En la mayoría de los casos, la activación nucleofílica de los organoalanos es necesaria para que se produzca la transferencia de grupos. Al igual que los organoboranos, los organoalanos poseen un orbital p vacío en el centro del aluminio que puede recibir densidad electrónica de un nucleófilo añadido. El aluminato resultante con carga negativa es mucho más nucleofílico que el alano neutro. [3]
Este concepto se ha aplicado a métodos para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de alquenil- y alquinilalanos. Las aplicaciones más notables son los métodos para la síntesis estereoespecífica de olefinas. Los alquenilalanos, que se sintetizan fácilmente con un estereocontrol completo a través de la hidroaluminización de alquinos, transfieren la unidad alquenílica a una variedad de electrófilos. Los alquinilalanos se utilizan con menos frecuencia porque los acetiluros de metales alcalinos se pueden utilizar para muchas de las mismas transformaciones que los alquinilalanos. Sin embargo, los alquinilalanos son útiles para el acoplamiento de haluros terciarios y alquinos (una reacción difícil de efectuar con alquinos de metales alcalinos) [4] y para la adición conjugada [5] y las reacciones de apertura de epóxidos. [6]
(1)
La hidroaluminación de alquinos puede ser estereoespecíficamente cis o trans , dependiendo de las condiciones empleadas. Cuando se utiliza un dialquilalano, como el hidruro de di(isobutil)aluminio (DIBAL-H), el hidrógeno y el aluminio liberados por el reactivo terminan en cis en el alquenilalano resultante. [7] Esta estereoespecificidad se puede explicar invocando una adición concertada del enlace H-Al a través del triple enlace. En el estado de transición, se acumula una carga positiva parcial en el carbono que forma un enlace con el hidrógeno; por lo tanto, el carbono más capaz de estabilizar una carga positiva se une al hidrógeno en el alquenilalano producto. [8] Las hidroaluminaciones de alquinos terminales suelen producir alquenilalanos terminales como resultado. La selectividad en las hidroaluminaciones de alquinos internos suele ser baja, a menos que exista un sesgo electrónico en el sustrato (como un anillo de fenilo en conjugación con el alquino). [9]
(2)
La hidroaluminización trans estereoespecífica es posible mediante el uso de hidruro de litio y aluminio. El mecanismo de esta transformación implica la adición de hidruro al carbono menos capaz de estabilizar la carga negativa en desarrollo (es decir, en la posición β a un grupo que atrae electrones). [10] La coordinación del aluminio con el carbanión de vinilo trans resultante conduce a la configuración trans observada del producto. [11]
(3)
Los alanos neutros no son lo suficientemente nucleófilos como para aportar grupos orgánicos a los sustratos electrófilos. Sin embargo, tras la activación por un nucleófilo, los aluminatos resultantes son altamente nucleófilos y se suman a los electrófilos manteniendo la configuración en el carbono de migración. Por lo tanto, la hidroaluminización estereoespecífica seguida de un ataque nucleofílico proporciona un método para la síntesis estereoespecífica de olefinas a partir de alquinos. [3]
(4)
Debido a que los alanos insaturados son sensibles al oxígeno y a la humedad, la mayoría de las veces se preparan para su uso inmediato sin aislamiento. Sin embargo, el método de preparación determina la configuración del alano insaturado intermedio, que está directamente relacionada con la configuración del producto (la transferencia del grupo alquenilo se produce con la retención de la configuración). Por lo tanto, es importante comprender los métodos de hidroaluminización disponibles para el estudio de las reacciones de los alanos insaturados. En este segundo capítulo se describen los métodos de hidroaluminización más comunes y las reacciones químicas posteriores que pueden experimentar los alquenilalanos resultantes.
La cis -hidroaluminización estereoespecífica es posible mediante el uso de dialquilalanos. El reactivo más común utilizado para este propósito es el hidruro de di(isobutil)aluminio (DIBAL-H). De manera análoga a las reacciones de hidroboración con R 2 BH, la hidroaluminización con R 2 AlH conduce a la unión del aluminio al carbono menos capaz de estabilizarse desarrollando una carga positiva (selectividad anti-Markovnikov). [12] La metalación de alquinos terminales es una reacción secundaria significativa que ocurre bajo estas condiciones. Si se desea la metalación, son útiles los complejos de amina terciaria de DIBAL-H. [13]
(5)
El uso de acetilenos de sililo evita el problema de la metalación competitiva de los alquenos terminales. La estereoselectividad de la hidroaluminización se puede alterar mediante un cambio de disolvente: los disolventes de amina terciaria proporcionan el alquenilalano cis y los disolventes de hidrocarburos proporcionan el isómero trans . [14]
(6)
El hidruro de litio y aluminio hidroalumina alquinos para producir alquenilalanos trans . En la ecuación (7), el hidruro se suma al carbono terminal, lo que coloca la carga negativa en desarrollo junto al sustituyente fenilo estabilizador. [10]
(7)
Los alquenil- y alquinilaluminatos se generan más comúnmente mediante la adición de n -butillitio al alquenilalano. Los grupos alquenilo y alquinilo, que son más capaces de estabilizar la carga negativa, se transfieren con preferencia al grupo alquilo. Cuando estos intermediarios reaccionan con haluros de alquilo, se producen olefinas funcionalizadas. [15]
(8)
El tratamiento de alquenilaluminatos con electrófilos halógenos como N -bromosuccinimida (NBS) y yodo conduce a la formación de olefinas halogenadas. [16] Estos productos son útiles para reacciones de acoplamiento cruzado.
(9)
La carboaluminización de alquinos catalizada por circonio mediante trimetilalano es un método conveniente para acceder a alquenilalanos sustituidos de forma estereoselectiva. [17] Tras la exposición a aldehídos y cetonas, los alquenilalanos forman alcoholes alílicos secundarios o terciarios. El formaldehído es un reactivo útil en este contexto para la introducción de una unidad de hidroximetilo. [18]
(10)
Los alquinilalanos se utilizan principalmente en lugar de los acetiluros de metales alcalinos correspondientes cuando estos últimos reactivos son ineficaces. El acoplamiento de un acetiluro y un haluro de alquilo terciario es un ejemplo de una reacción que no se puede lograr con acetiluros de metales alcalinos, que desplazan a los haluros de forma S N 2 . Los alquinilalanos correspondientes pueden acoplarse a haluros terciarios a través de un mecanismo similar al S N 1. [4]
(11)
Los alquinil- y alquenilalanos se agregan de manera conjugada a las enonas en la conformación s - cis sin activación nucleofílica. Las enonas encerradas en una conformación s - trans , como la ciclohexenona, no son reactivas. Se cree que la coordinación del oxígeno con el aluminio es necesaria para esta reacción. [19]
(12)
Cuando se combinan alquinos y dialquilalanos en una proporción de 2:1, se obtienen 1,3-dienos. El enlace aluminio-carbono del alquenilalano formado inicialmente se suma a una segunda molécula de alquino, formando un dienilalano conjugado. La protonólisis proporciona el producto dieno libre de metales. [20]
(13)
Los alquenil- y alquinil-lanos sufren transmetalación a una variedad de metales, incluidos boro, [21] circonio, [21] y mercurio. [22]
(14)
Los compuestos de organoaluminio son extremadamente pirofóricos y se manipulan únicamente en atmósferas inertes. Los hidruros de dialquilaluminio y el hidruro de litio y aluminio están disponibles comercialmente; el primero se encuentra disponible puro o en soluciones que se pueden estandarizar utilizando procedimientos conocidos. [23] Los solventes y otros reactivos deben secarse escrupulosamente. El procesamiento de estas reacciones debe emplear pH extremos ( ácido clorhídrico al 10% o hidróxido de sodio 6 N), ya que el pH moderado fomenta la formación de hidróxido de aluminio gelatinoso , lo que dificulta la separación del producto.
(15)
A 2,76 g (25,0 mmol) de 1-octino se añadieron 25,0 mL de una solución 1,07 M de hidruro de diisobutilaluminio (26,8 mmol) en n-hexano mientras se mantenía la temperatura a 25–30° mediante un baño de agua. La solución se agitó a temperatura ambiente durante 30 minutos y luego se calentó a 50° durante 4 horas. El alquenilalano resultante se enfrió a –30°, se diluyó con 15 mL de éter seco y se trató con 5,35 g (30,1 mmol) de N-bromosuccinimida mientras se mantenía la temperatura por debajo de –15°. La mezcla de reacción se calentó gradualmente a temperatura ambiente y se agitó durante 1 hora antes de verterla lentamente en una mezcla de ácido clorhídrico 6 N (50 mL), n -pentano (10 mL) y hielo (10 g). Las capas se separaron y la fase acuosa se extrajo con pentano. El extracto orgánico combinado se lavó sucesivamente con hidróxido de sodio 1 N , sulfito de sodio al 10% y cloruro de sodio acuoso saturado y luego se trató con algunos cristales de BHT para inhibir la isomerización del bromuro de alquenilo. Después de secar sobre sulfato de magnesio , la destilación proporcionó 3,72 g (78%) de (E)-1-bromo-1-octeno, p.e. 67° (5 mm), n D 26 1,4617. Este compuesto, que contenía un 4% de 1-bromo-1-octino, se almacenó sobre algunos cristales de BHT. RMN 1H (CDCl3 ) : δ 0,92 (m, 3 H), 1,1-1,7 (m, 8 H), 1,90-2,34 (m, 2 H), 5,85-6,30 (m, 2 H).