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Autotransferencia de hidrógeno

Mecanismo de la reacción de autotransferencia de hidrógeno por sustitución de hidroxilo. [1] [2]
Mecanismo de un tipo de reacción de autotransferencia de hidrógeno por adición de carbonilo que implica hidrometalación (paso 2). [3]

La autotransferencia de hidrógeno , también conocida como préstamo de hidrógeno , es la activación de una reacción química mediante la transferencia temporal de dos átomos de hidrógeno del reactivo a un catalizador y el retorno de esos átomos de hidrógeno a un intermedio de reacción para formar el producto final . [1] [2] [3] [4] Existen dos clases principales de reacciones de préstamo de hidrógeno: (a) las que dan como resultado la sustitución de hidroxilo, [1] [2] y (b) las que dan como resultado la adición de carbonilo. [3] [4] En el primer caso, la deshidrogenación del alcohol genera un compuesto carbonílico transitorio que está sujeto a condensación seguida del retorno de hidrógeno. En el último caso, la deshidrogenación del alcohol es seguida por la generación reductiva de un nucleófilo, que desencadena la adición de carbonilo. Como los procesos de préstamo de hidrógeno evitan las manipulaciones que de otro modo se requerirían para la oxidación discreta del alcohol y el uso de reactivos organometálicos estequiométricos, normalmente muestran altos niveles de economía de átomos y, por lo tanto, se consideran ejemplos de química verde .

Historia

La reacción de Guerbet , descrita en 1899, [5] es un ejemplo temprano de un proceso de autotransferencia de hidrógeno. La reacción de Guerbet convierte alcoholes primarios en dímeros β-alquilados mediante deshidrogenación del alcohol seguida de condensación aldólica y reducción de las enonas resultantes. La aplicación de la reacción de Guerbet al desarrollo de procesos de etanol a butanol ha despertado interés como método para la producción de combustibles renovables . [6] En 1932, utilizando catalizadores heterogéneos de níquel, Adkins informó de las primeras aminaciones de alcohol que se producen mediante deshidrogenación de alcohol-aminación reductora. [7] Los catalizadores homogéneos para la aminación de alcohol basados ​​en rodio y rutenio fueron desarrollados por Grigg [8] y Watanabe [9] en 1981. Los primeros procesos de autotransferencia de hidrógeno que convierten alcoholes primarios en productos de adición de carbonilo fueron informados por Michael J. Krische en 2007-2008 utilizando catalizadores homogéneos de iridio y rutenio. [10] [11] [12]

Sustitución de hidroxilo

Las aminaciones de alcoholes se encuentran entre los procesos de préstamo de hidrógeno más utilizados. [13] [14] [15] En reacciones de este tipo, la deshidrogenación del alcohol es seguida por una aminación reductora del compuesto carbonílico resultante. Esto representa una alternativa a los procesos de dos pasos que implican la conversión del alcohol en un haluro o un éster sulfonato seguido de una sustitución nucleofílica.

Como se muestra a continuación, Pfizer ha utilizado la aminación de alcohol a escala de kilogramos para la síntesis de intermedios farmacéuticos avanzados. [16] Además, AstraZeneca ha utilizado metanol como alternativa a los agentes metilantes genotóxicos convencionales, como el yoduro de metilo o el sulfato de dimetilo . [17] Los nitroaromáticos también pueden participar como precursores de amina en las aminaciones de alcohol de tipo hidrógeno prestado. [18]

La formación de enlaces carbono-carbono se ha logrado a través de préstamos indirectos de tipo hidrógeno de Wittig, [19] aldólico, [20] condensaciones de Knoevenagel [21] y también a través de varios nucleófilos de carbono. [22] [23] En relación con la reacción de Guerbet, Donohoe y colaboradores han desarrollado alquilaciones de enolato de tipo hidrógeno enantioselectivas. [24]

Adición de carbonilo

Como lo ejemplifica la alilación de Krische , la deshidrogenación de reactivos alcohólicos se puede equilibrar mediante la reducción de alenos, dienos o acetato de alilo para generar pares alilmetal-carbonilo que se combinan para dar productos de adición de carbonilo. [3] [4] De esta manera, los alcoholes inferiores se transforman directamente en alcoholes superiores de una manera que disminuye significativamente el desperdicio. [25]

En 2008 se descubrió que las reacciones de préstamo de hidrógeno de 1,3-eninos con alcoholes formaban productos de propargilación de carbonilo. [26] Recientemente se utilizó una variante enantioselectiva de este método en la síntesis total de leiodermatolida A. [27]

Referencias

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  2. ^ abc Guillena G, Ramón DJ, Yus M (26 de marzo de 2007). "Alcoholes como electrófilos en reacciones de formación de enlaces C--C: el proceso de autotransferencia de hidrógeno". Angewandte Chemie . 46 (14): 2358–64. doi :10.1002/anie.200603794. PMID  17465397.
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  5. ^ Guerbet M (1899). "Action de l'Alcool Amylique de Fermentation sur Son Dérivé Sodé" [Acción de la fermentación del alcohol amílico sobre su derivado de la sosa]. Comptes rendus de l'Académie des Sciences (en francés). 128 . París: 1002-1004.
  6. ^ Aitchison H, Wingad RL, Wass DF (7 de octubre de 2016). "Catálisis homogénea de etanol a butanol: Guerbet renovado" (PDF) . ACS Catalysis . 6 (10): 7125–7132. doi :10.1021/acscatal.6b01883. S2CID  53363379.
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