La transmetalación (ortografía alternativa: transmetalación) es un tipo de reacción organometálica que implica la transferencia de ligandos de un metal a otro. Tiene la forma general:
donde R y R′ pueden ser, pero no se limitan a, un grupo alquilo , arilo , alquinilo , alilo , halógeno o pseudohalógeno . La reacción suele ser un proceso irreversible debido a razones termodinámicas y cinéticas. La termodinámica favorecerá la reacción en función de las electronegatividades de los metales y la cinética favorecerá la reacción si hay orbitales vacíos en ambos metales. [1] Existen diferentes tipos de transmetalación, incluida la transmetalación redox y la transmetalación redox/intercambio de ligando. Durante la transmetalación, se activa el enlace metal-carbono, lo que lleva a la formación de nuevos enlaces metal-carbono. [2] La transmetalación se utiliza comúnmente en catálisis , síntesis de complejos de grupos principales y síntesis de complejos de metales de transición .
Existen dos tipos principales de transmetalación: la transmetalación redox (RT) y la transmetalación redox/intercambio de ligando (RTLE). A continuación, M 1 suele ser un metal de transición 4d o 5d y M 2 suele ser un metal de transición del grupo principal o 3d. Al observar las electronegatividades de los metales y ligandos, se puede predecir si se producirá la reacción RT o RTLE y qué productos producirá la reacción. Por ejemplo, se puede predecir que la adición de 3 HgPh 2 a 2 Al producirá 3 Hg y 2 AlPh 3 porque el Hg es un elemento más electronegativo que el Al.
En la transmetalación redox, un ligando se transfiere de un metal a otro a través de un mecanismo intermolecular. Durante la reacción, uno de los centros metálicos se oxida y el otro se reduce. Las electronegatividades de los metales y los ligandos son las que hacen que la reacción avance. Si M 1 es más electronegativo que M 2 , es termodinámicamente favorable que el grupo R se coordine con el menos electronegativo M 2 .
En la transmetalación redox/intercambio de ligandos, los ligandos de dos complejos metálicos intercambian lugares entre sí, uniéndose con el otro centro metálico. El ligando R puede ser un grupo alquilo, arilo, alquinilo o alilo y el ligando X puede ser un grupo halógeno, pseudohalógeno, alquilo o arilo. La reacción puede proceder mediante dos posibles pasos intermedios. El primero es un intermedio asociativo, donde los ligandos R y X unen los dos metales, estabilizando el estado de transición . El segundo intermedio y menos común es la formación de un catión donde R une los dos metales y X es aniónico. La reacción RTLE procede de manera concertada . Al igual que en las reacciones RT, la reacción es impulsada por valores de electronegatividad. El ligando X es atraído por metales altamente electropositivos. Si M 1 es un metal más electropositivo que M 2 , es termodinámicamente favorable para que se produzca el intercambio de los ligandos R y X.
La transmetalación se utiliza a menudo como un paso en los ciclos catalíticos de las reacciones de acoplamiento cruzado . Algunas de las reacciones de acoplamiento cruzado que incluyen un paso de transmetalación son el acoplamiento cruzado de Stille , el acoplamiento cruzado de Suzuki , el acoplamiento cruzado de Sonogashira y el acoplamiento cruzado de Negishi . Los catalizadores de acoplamiento cruzado más útiles tienden a ser los que contienen paladio. Las reacciones de acoplamiento cruzado tienen la forma general de R′–X + M–R → R′–R + M–X y se utilizan para formar enlaces C–C. R y R′ pueden ser cualquier fragmento de carbono. La identidad del metal, M, depende de qué reacción de acoplamiento cruzado se esté utilizando. Las reacciones de Stille utilizan estaño, las reacciones de Suzuki utilizan boro, las reacciones de Sonogashira utilizan cobre y las reacciones de Negishi utilizan zinc. El paso de transmetalación en las reacciones catalizadas por paladio implica la adición de un compuesto R–M para producir un compuesto R′–Pd–R. Las reacciones de acoplamiento cruzado tienen una amplia gama de aplicaciones en la química sintética, incluida la química médica . La reacción de Stille se ha utilizado para fabricar un agente antitumoral, la (±)-epi - jatrofona; [3] la reacción de Suzuki se ha utilizado para fabricar un agente antitumoral , la oximidina II; [4] la reacción de Sonogashira se ha utilizado para fabricar un fármaco contra el cáncer, el eniluracilo; [5] y la reacción de Negishi se ha utilizado para fabricar el carotenoide β-caroteno mediante una cascada de transmetalación. [6]
Los complejos organometálicos de lantánidos han sido sintetizados por RT y RTLE. Los lantánidos son elementos muy electropositivos.
Los organomercuriales, como el HgPh 2 , son reactivos RT y RTLE cinéticamente inertes comunes que permiten sintetizar derivados funcionalizados, a diferencia de los organolitios y los reactivos de Grignard . [7] Los diarilmercuriales se utilizan a menudo para sintetizar complejos organometálicos de lantánidos. El Hg(C 6 F 5 ) 2 es un mejor reactivo RT para usar con lantánidos que el HgPh 2 porque no requiere un paso para activar el metal. [8] Sin embargo, los complejos de lantánidos sustituidos con fenilo son más estables térmicamente que los complejos de pentafluorofenilo. El uso de HgPh 2 condujo a la síntesis de un complejo de iterbio con diferentes estados de oxidación en los dos átomos de Yb: [9]
En los complejos Ln(C 6 F 5 ) 2 , donde Ln = Yb, Eu o Sm, los enlaces Ln–C son muy reactivos, lo que los hace útiles en las reacciones RTLE. Se han utilizado sustratos próticos como reactivos con el complejo Ln(C 6 F 5 ) 2 como se muestra: Ln(C 6 F 5 ) 2 + 2LH → Ln(L) 2 + 2C 6 F 5 H. Es posible evitar los desafíos de trabajar con el complejo Ln(C 6 F 5 ) 2 inestable formándolo in situ mediante la siguiente reacción:
Los organoestánnicos también son reactivos RT y RTLE cinéticamente inertes que se han utilizado en una variedad de reacciones organometálicas. Tienen aplicaciones en la síntesis de complejos de lantánidos, como en la siguiente reacción: [10]
La RT se puede utilizar para sintetizar complejos de actínidos . La RT se ha utilizado para sintetizar haluros de uranio utilizando haluros de uranio metálico y mercurio, como se muestra:
Esta reacción RT de actínidos se puede realizar con múltiples compuestos de mercurio para coordinar ligandos distintos de los halógenos con el metal:
Los complejos de metales alcalinotérreos han sido sintetizados por RTLE, empleando la misma metodología utilizada en la síntesis de complejos de lantánidos. El uso de difenilmercurio en reacciones de metales alcalinotérreos conduce a la producción de mercurio elemental. La manipulación y eliminación del mercurio elemental es un desafío debido a su toxicidad para los seres humanos y el medio ambiente. Esto llevó al deseo de un reactivo RTLE alternativo que fuera menos tóxico y aún muy eficaz. Se descubrió que el trifenilbismuto, BiPh 3 , era una alternativa adecuada. [12] El mercurio y el bismuto tienen valores de electronegatividad similares y se comportan de manera similar en las reacciones RTLE. BiPh 3 se ha utilizado para sintetizar amidas de metales alcalinotérreos y ciclopentadienuros de metales alcalinotérreos . La diferencia entre HgPh 2 y BiPh 3 en estas síntesis fue que el tiempo de reacción fue más largo cuando se utilizó BiPh 3 .