La química del organocobre es el estudio de las propiedades físicas, reacciones y síntesis de los compuestos organocobre , que son compuestos organometálicos que contienen un enlace químico de carbono a cobre . [1] [2] [3] Son reactivos en química orgánica .
El primer compuesto organocobre, el explosivo acetiluro de cobre(I) Cu 2 C 2 ( Cu−C≡C−Cu ), fue sintetizado por Rudolf Christian Böttger en 1859 haciendo pasar gas acetileno a través de una solución de cloruro de cobre(I) : [4 ]
Los compuestos organocobres son diversos en estructura y reactividad, pero casi todos se basan en cobre con un estado de oxidación de +1, a veces denominado Cu(I) o Cu + . Con 10 electrones en su capa de valencia , el comportamiento de enlace del Cu(I) es similar al del Ni(0), pero debido a su mayor estado de oxidación, participa en menos enlaces pi . Los derivados orgánicos de los estados de oxidación superiores +2 y +3 del cobre a veces se encuentran como intermediarios de reacción , pero rara vez se aíslan o incluso se observan.
Los compuestos organocobres forman complejos con una variedad de ligandos blandos como alquilfosfinas ( R 3 P ), tioéteres ( R 2 S ) y cianuro ( CN − ).
Debido a la capa electrónica esférica de Cu + , los complejos de cobre(I) tienen estructuras simétricas, ya sea lineales, planas trigonales o tetraédricas , dependiendo del número de ligandos.
Se sabe desde hace mucho tiempo que las sales de cobre (I) se unen al CO, aunque débilmente. Un complejo representativo es CuCl(CO), que es polimérico. A diferencia de los carbonilos metálicos clásicos, en estos compuestos el enlace pi no es fuerte. [5]
Los alquenos se unen al cobre(I), aunque en general de forma débil. La unión del etileno al Cu en las proteínas tiene una importancia tan amplia en la biología vegetal que el etileno se clasifica como una hormona vegetal . Su presencia, detectada por la proteína Cu, afecta a la maduración y a muchos otros desarrollos. [6]
Aunque el cobre no forma metaloceno , se pueden producir complejos de medio sándwich. Uno de esos derivados es el π-ciclopentadienil(trietilfosfina)cobre(I). [7]
Los haluros de cobre reaccionan con reactivos de organolitio para dar compuestos organocobre. El pionero en el área fue Henry Gilman , quien informó sobre el metilcobre en 1936. Así, el fenilcobre se prepara mediante la reacción de fenillitio con bromuro de cobre (I) en éter dietílico . Se pueden utilizar reactivos de Grignard en lugar de compuestos de organolitio. Gilman también investigó los dialquilcupratos. Se obtienen combinando dos equivalentes de RLi con sales de Cu(I). Alternativamente, estos cupratos se preparan a partir de compuestos orgánicos de cobre oligoméricos neutros mediante tratamiento con un equivalente de reactivo de organolitio.
Los compuestos del tipo [CuR n ] ( n −1) − son reactivos con el oxígeno y el agua, formando óxido de cobre (I) . También tienden a ser térmicamente inestables, lo que puede resultar útil en determinadas reacciones de acoplamiento. A pesar de estas dificultades o debido a ellas, los reactivos de organocobre se generan y consumen con frecuencia in situ sin intentar aislarlos. Se utilizan en síntesis orgánica como reactivos alquilantes porque exhiben una mayor tolerancia a los grupos funcionales que los correspondientes reactivos de Grignard y organolitio. La electronegatividad del cobre es mucho mayor que la de su vecino en el grupo 12 elementos , el zinc , lo que sugiere una nucleofilicidad disminuida para sus ligandos de carbono.
Las sales de cobre reaccionan con los alquinos terminales para formar acetiluros .
Los haluros de alquilo reaccionan con compuestos organocobres con inversión de configuración. Por otro lado, las reacciones del compuesto orgánico de cobre con haluros de alquenilo se desarrollan manteniendo la configuración del sustrato. [8]
Los compuestos organocobres se acoplan con haluros de arilo (ver condensación de Ullmann y reacción de Ullmann ):
Los complejos de alquil y aril cobre se agregan tanto en forma cristalina como en solución. La agregación es especialmente evidente en compuestos orgánicos de cobre de carga neutra, es decir, especies con la fórmula empírica (RCu), que adoptan estructuras cíclicas. Dado que cada centro de cobre requiere al menos dos ligandos, el grupo orgánico es un ligando puente . Este efecto se ilustra por la estructura del mesitilocobre, que es un pentámero. También se observa una estructura cíclica para CuCH 2 SiMe 3 , donde Me representa el grupo metilo CH 3 , el primer compuesto organocobre 1:1 analizado mediante cristalografía de rayos X (1972 por Lappert). Este compuesto es relativamente estable porque los voluminosos grupos trimetilsililo proporcionan protección estérica. Es un tetrámero , que forma un anillo de 8 miembros con enlaces Cu-C alternos. Además, los cuatro átomos de cobre forman un anillo plano de Cu 4 basado en enlaces de dos electrones de tres centros . La longitud del enlace cobre a cobre es de 242 pm en comparación con las 256 pm del cobre a granel. En el pentamesitilpentacobre se forma un anillo de cobre de 5 miembros, similar al (2,4,6-trimetilfenil)oro, y el pentafluorofenilcobre es un tetrámero. [9]
El dimetilcuprato de litio (I) es un dímero del éter dietílico que forma un anillo de 8 miembros con dos átomos de litio que unen dos grupos metilo, (Li + [Cu(CH 3 ) 2 ] − ) 2 . De manera similar, el difenilcuprato de litio (I) forma un eterato dimérico, ([Li(O(CH 2 CH 3 ) 2 )] + [Cu Ph 2 ] − ) 2 , en estado sólido. [10]
La participación del estado de oxidación Cu(III), que de otro modo sería raro, se ha demostrado en la adición conjugada del reactivo de Gilman a una enona : [11] En un experimento de RMN de inyección rápida a -100 °C, el reactivo de Gilman Li + [Cu(CH 3 ) 2 ] − (estabilizado por yoduro de litio ) se introdujo en ciclohexenona ( 1 ) permitiendo la detección del complejo cobre-alqueno pi 2 . Tras la posterior adición de cianuro de trimetilsililo se forma la especie Cu(III) 3 (indefinidamente estable a esa temperatura) y al aumentar la temperatura a -80 °C se forma el producto de adición conjugado 4 . Según experimentos in silico adjuntos [12], el intermedio Cu (III) tiene una geometría molecular plana cuadrada con el grupo ciano en orientación cis con respecto al grupo ciclohexenil metino y antiparalelo al protón metino. Con otros ligandos además del grupo ciano, este estudio predice compuestos de Cu (III) estables a temperatura ambiente .
![Un intermediario de Cu(III) caracterizado por RMN.[11]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ed/CopperIII_intermediate_by_RI_NMR.png/1280px-CopperIII_intermediate_by_RI_NMR.png)
Antes del desarrollo de las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio , el cobre fue el catalizador preferido durante casi un siglo. El paladio ofrece una reacción más rápida y selectiva. Los reactivos y catalizadores de cobre siguen siendo objeto de innovación. En comparación con el paladio, el cobre es más barato, pero las cifras de rotación suelen ser menores con el cobre y las condiciones de reacción más vigorosas. [13]
Las reacciones de Li + [CuR 2 ] − con haluros de alquilo R'−X dan el producto de acoplamiento:
El mecanismo de reacción implica la adición oxidativa (OA) del haluro de alquilo a Cu (I), formando un intermedio plano de Cu (III), seguido de eliminación reductora (RE). El ataque nucleofílico es el paso determinante del ritmo. En la sustitución del yoduro se propone un mecanismo de transferencia de un solo electrón (ver figura).
En esta reacción participan muchos electrófilos. El orden aproximado de reactividad, comenzando por el más reactivo, es el siguiente: cloruros de ácido [14] > aldehídos > tosilatos ~ epóxidos > yoduros > bromuros > cloruros > cetonas > ésteres > nitrilos >> alquenos
Generalmente, el mecanismo OA-RE es análogo al de las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio. Una diferencia entre el cobre y el paladio es que el cobre puede sufrir procesos de transferencia de un solo electrón. [8]
El acoplamiento oxidativo es el acoplamiento de acetiluros de cobre a alquinos conjugados en el acoplamiento de Glaser (por ejemplo en la síntesis de ciclooctadecanonaeno ) o a haluros de arilo en el acoplamiento de Castro-Stephens .
El acoplamiento reductivo es una reacción de acoplamiento de haluros de arilo con un equivalente estequiométrico de cobre metálico que se produce en la reacción de Ullmann . Una reacción relacionada llamada acoplamiento cruzado descarboxilativo , un compañero de acoplamiento es un carboxilato. Cu(I) desplaza un carboxilo formando el intermedio arilcobre (ArCu). Simultáneamente, un catalizador de paladio reacciona con un bromuro de arilo para dar un intermedio de organopaladio (Ar'PdB), que sufre transmetalación para dar ArPdAr', que a su vez elimina de forma reductiva el biarilo . [15] [16]
El acoplamiento neutro redox es el acoplamiento de alquinos terminales con haloalquinos con una sal de cobre (I) en el acoplamiento Cadiot-Chodkiewicz . También es posible el acoplamiento térmico de dos compuestos orgánicos de cobre.
La carbocupración es una adición nucleofílica de reactivos organocobre ( R-Cu ) a acetileno o alquinos terminales , lo que da como resultado un compuesto alquenilcobre ( R 2 C=C(R)-Cu ). [17] Es un caso especial de carbometalación y también se llama reacción de Normant . [18] [19]
Los hidruros de cobre son agentes reductores especializados . El conocido hidruro de cobre es el reactivo de Stryker , de fórmula [(PPh 3 )CuH] 6 . Reduce la porción alqueno de los compuestos carbonílicos α,β-insaturados . [21] Una reacción relacionada pero catalítica utiliza un complejo NHC de cobre (I) con equivalentes de hidruro proporcionados por un hidrosilano . [22] [23]
Generalmente, la reacción de alquilación de reactivos de organocobre se realiza mediante alquilación gamma . El ataque cis - gamma ocurre mejor en el carbamato de ciclohexilo debido a los estéricos. Se informa que la reacción es favorable en disolventes etéreos. Este método demostró ser muy eficaz para el acoplamiento oxidativo de aminas y haluros de alquilo, incluidos terc -butilo y haluros de arilo. [24]
Funcionalización vecinal mediante una secuencia de reacción de carbocupración/aldólico de Mukaiyama: [25]
Muller y sus colaboradores informaron de una funcionalización vecinal de los ésteres α,β-acetilénicos utilizando una secuencia de reacción de carbocupración/aldólico de Mukaiyama (como se muestra en la figura anterior). La carbocupración favorece la formación del Z-aldol.
![{\displaystyle [{\ce {R}}{-}{\color {Azul}{\ce {Cu}}}{\ce {-R}}]^{-}{\ce {Li+}}\ { \xrightarrow {\color {Rojo}{\ce {R'-X}}}}\ \left[{\ce {R}}{-}{\overset {{\displaystyle \color {Rojo}{\ce { R}}'} \atop |}{\underset {| \atop {\displaystyle \color {Rojo}{\ce {X}}}}{\color {Azul}{\ce {Cu}}}}}{\ce {-R}}\right]^{-} {\ce {Li+}}{\ce {->R}}{-}{\color {Azul}{\ce {Cu}}}+{\ce {R}}{-}{\color {Rojo} {\ce {R'}}}+{\ce {Li}}{-}{\color {Rojo}{\ce {X}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9d7db6776d965a97de00837677a94c6fd3d1df2a)