La protodesboración , o protodesborilación , es una reacción química que implica la protonólisis de un ácido borónico (u otro compuesto organoboránico) en la que se rompe un enlace carbono-boro y se reemplaza por un enlace carbono-hidrógeno. La protodesboración es una reacción secundaria no deseada bien conocida y frecuentemente asociada con reacciones de acoplamiento catalizadas por metales que utilizan ácidos borónicos (ver reacción de Suzuki ). [1] Para un ácido borónico dado, la propensión a sufrir protodesboración es muy variable y depende de varios factores, como las condiciones de reacción empleadas y el sustituyente orgánico del ácido borónico.
La protodesboronación deliberada de ácidos borónicos (y derivados) se ha aplicado a algunos procedimientos sintéticos, como la instalación de un protón estereoespecífico en centros quirales, [2] y también en procedimientos de purificación, como la eliminación de subproductos de ácido borónico regioisomérico no deseados. [3]
Estudios mecanicistas recientes han revelado una variedad de vías de protodesboronación en medios acuosos y han demostrado que el pH de la reacción (y posteriormente la especiación del ácido borónico) es un factor importante para comprender los modos de protodesboronación. [4] [5]
Uno de los primeros informes de protodesboronación fue realizado por Ainley y Challenger, quienes fueron los primeros investigadores en explorar la reactividad de los ácidos borónicos con reactivos químicos comunes. [6] Informaron la reacción del ácido fenilborónico en agua (140-150 °C) para producir el producto protodesboronado, benceno , después de 40 horas.
Las primeras aplicaciones sintéticas de la protodesboronación se encontraron junto con el descubrimiento de la reacción de hidroboración , en la que se utilizaban reacciones secuenciales de hidroboración-protodesboronación para convertir alquinos o alquenos en los compuestos saturados correspondientes. [7] Más allá de esta aplicación sintética, la protodesboronación rara vez se observó o valoró en otros procesos químicos a lo largo de principios del siglo XX. Sin embargo, en años más recientes, la protodesboronación ha surgido como una reacción secundaria problemática con muchos procesos químicos que utilizan ácidos borónicos. En particular, los ácidos borónicos se han convertido en reactivos cada vez más importantes para la construcción fácil de enlaces carbono-carbono y carbono-heteroátomo a través de reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por metales. Esto ha dado lugar a un mayor uso de ácidos borónicos y, posteriormente, a un mayor número de informes sobre protodesboronación problemática. Actualmente, muchos ácidos borónicos están disponibles comercialmente y se buscan constantemente muchos ácidos borónicos y derivados nuevos.
Se han hecho muchos esfuerzos para mitigar la protodesboración no deseada en las reacciones de acoplamiento cruzado. El diseño y la optimización de catalizadores han abierto el camino hacia sistemas muy eficientes que pueden experimentar una rápida renovación catalítica. [8] Esto aumenta la velocidad de la reacción productiva y, por lo tanto, reduce las vías de descomposición no deseadas, como la protodesboración. Las reacciones de acoplamiento cruzado también se han acelerado con aditivos metálicos como la plata [9] [10] [11] [12] y el cobre. [13] [14]
Los derivados del ácido borónico también se han utilizado para suprimir la protodesboronación. [15] Los ésteres de boronato MIDA y los organotrifluoroboratos se han utilizado en estrategias de "liberación lenta", en las que las condiciones de reacción se optimizan para proporcionar una liberación lenta del ácido borónico. Este protocolo ha demostrado ser útil en el acoplamiento cruzado de algunos ácidos borónicos notoriamente inestables, como el ácido borónico 2-piridina. [16] [17] Esto garantiza que la concentración de ácido borónico sea baja durante la reacción de acoplamiento cruzado, lo que a su vez minimiza el potencial de reacciones secundarias.
El mecanismo de protodesboronación fue investigado inicialmente por Kuivila en la década de 1960, mucho antes del descubrimiento de la reacción de Suzuki y la popularización de los ácidos borónicos . Sus estudios se centraron en la protodesboronación de algunos ácidos borónicos aromáticos sustituidos en condiciones acuosas, y reportaron la presencia de dos mecanismos distintos: un mecanismo general catalizado por ácido y un mecanismo específico catalizado por base. [18] [19] El proceso catalizado por ácido depende de una reacción entre el ácido borónico y un ácido, como el ácido sulfúrico . Por otro lado, el proceso catalizado por base surge de un preequilibrio entre el ácido borónico y el hidróxido para formar el boronato correspondiente, esto generalmente es seguido por una reacción limitante de velocidad entre el boronato y el agua (actuando como fuente de protones). Los sustratos que presentan solo estos dos modos de protodesboración (normalmente ácidos borónicos aromáticos y alquilbóricos simples) son generalmente muy estables en soluciones de pH neutro, donde se minimizan los procesos catalizados tanto por ácidos como por bases. En el caso de los ácidos borónicos aromáticos que tienen sustituyentes que atraen electrones, existe un mecanismo disociativo en competencia que implica la generación de un anión arilo transitorio. Estos sustratos se estabilizan en condiciones ácidas. [5]
Los ácidos borónicos heteroaromáticos básicos (ácidos borónicos que contienen un átomo de nitrógeno básico, como el ácido borónico 2-piridina) muestran mecanismos de protodesboración adicionales. [4] Un hallazgo clave muestra que la especiación de los ácidos borónicos heteroaromáticos básicos es análoga a la de los aminoácidos simples , con especies zwitteriónicas que se forman en condiciones de pH neutro. Para el ácido borónico 2-piridina, el compuesto zwitteriónico es responsable de su rápida protodesboración en pH neutro, a través de una fragmentación unimolecular del enlace CB. De hecho, la adición de ácido (H+) o hidróxido (OH-) actúa para atenuar la protodesboración al alejar la especiación del zwitterión reactivo.
Es importante señalar que no todos los ácidos borónicos heteroaromáticos básicos son reactivos a través de un intermedio zwitteriónico.
