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Reacción de Grignard

Se añade una solución de un compuesto carbonílico a un reactivo de Grignard. (Ver galería )
Un ejemplo de una reacción de Grignard (R 2 o R 3 podría ser hidrógeno)

La reacción de Grignard ( en francés: [ɡʁiɲaʁ] ) es una reacción química organometálica en la que, según la definición clásica, se añaden haluros de alquilo , alilo , vinilo o arilo de magnesio ( reactivo de Grignard ) a los grupos carbonilo de un aldehído o una cetona en condiciones anhidras. [1] [2] [3] Esta reacción es importante para la formación de enlaces carbono-carbono . [4] [5]

Historia y definiciones

Las reacciones y reactivos de Grignard fueron descubiertos por el químico francés François Auguste Victor Grignard ( Universidad de Nancy , Francia), quien los describió en 1900 y recibió su nombre en honor a él . [6] Recibió el Premio Nobel de Química en 1912 por este trabajo. [7]

La reacción de un haluro orgánico con magnesio no es una reacción de Grignard, sino que proporciona un reactivo de Grignard. [8]

Aunque los reactivos de Grignard experimentan muchas reacciones, la reacción de Grignard clásica se refiere solo a la reacción de RMgX con cetonas y aldehídos, que se muestran en rojo. X = Cl, Br, I.

Clásicamente, la reacción de Grignard se refiere a la reacción entre un grupo cetona o aldehído con un reactivo de Grignard para formar un alcohol primario o terciario. [1] Sin embargo, algunos químicos entienden que la definición significa todas las reacciones de cualquier electrófilo con reactivos de Grignard. [9] Por lo tanto, existe cierta disputa sobre la definición moderna de la reacción de Grignard. En el Merck Index , publicado en línea por la Royal Society of Chemistry , se reconoce la definición clásica, seguida de "Una interpretación más moderna extiende el alcance de la reacción para incluir la adición de reactivos de Grignard a una amplia variedad de sustratos electrófilos". [9] Esta variedad de definiciones ilustra que existe cierta disputa dentro de la comunidad química sobre la definición de una reacción de Grignard.

A continuación se muestran algunas reacciones que involucran reactivos de Grignard , pero que en sí mismas no se entienden clásicamente como reacciones de Grignard.

Reacciones de reactivos de Grignard con diversos electrófilos
Reacciones adicionales que involucran reactivos de Grignard, pero que no se consideran reacciones de Grignard según la definición clásica. X = Cl, Br, I.

Mecanismo de reacción

Debido a que el carbono es más electronegativo que el magnesio, el carbono unido al magnesio actúa como un nucleófilo y ataca al átomo de carbono electrofílico en el enlace polar de un grupo carbonilo. La adición del reactivo de Grignard al grupo carbonilo normalmente se produce a través de un estado de transición de anillo de seis miembros , como se muestra a continuación. [10]

El mecanismo de la reacción de Grignard.
El mecanismo de la reacción de Grignard.

Basándose en la detección de productos secundarios de acoplamiento de radicales, también se ha propuesto un mecanismo alternativo de transferencia de un solo electrón (SET) que implica la formación inicial de un radical intermedio cetilo. [11] Un estudio computacional reciente sugiere que el mecanismo operativo (polar vs. radical) depende del sustrato, y que el potencial de reducción del compuesto carbonílico sirve como parámetro clave. [12]

Condiciones

Si se realiza una reacción de Grignard en presencia de agua o de cualquier protón lábil, el protón lábil extinguirá el reactivo de Grignard como se muestra en la figura anterior. [3]

La reacción de Grignard se lleva a cabo en condiciones anhidras . [3] De lo contrario, la reacción fallará porque el reactivo de Grignard actuará como una base en lugar de un nucleófilo y recogerá un protón lábil en lugar de atacar el sitio electrofílico. Esto dará como resultado que no se forme el producto deseado, ya que el grupo R del reactivo de Grignard se protonará mientras que la porción MgX estabilizará las especies desprotonadas.

Para evitar esto, las reacciones de Grignard se completan en una atmósfera inerte para eliminar toda el agua del matraz de reacción y garantizar que se forme el producto deseado. [13] Además, si hay protones ácidos en el material de partida, como se muestra en la figura de la derecha, se puede superar esto protegiendo el sitio ácido del reactivo convirtiéndolo en un éter o un éter sililo para eliminar el protón lábil de la solución antes de la reacción de Grignard.

Variantes

Se han descubierto otras variaciones del reactivo de Grignard para mejorar la quimioselectividad de la reacción de Grignard, que incluyen, entre otras: Turbo-Grignards, reactivos de organocerio y reactivos de organocuprato (Gilman).

Turbo Grignard

Los reactivos Turbo-Grignard son reactivos de Grignard modificados con cloruro de litio . En comparación con los reactivos de Grignard convencionales, los reactivos Turbo-Grignard son más quimioselectivos ; los ésteres , amidas y nitrilos no reaccionan con el reactivo Turbo-Grignard. [14]

Un ejemplo de reacción de formación de un Turbo-Grignard con un grupo éster.

Reactivos de Grignard modificados con heterometales

Una adición 1,4 conjugada utilizando un reactivo de Gilman con un grupo R arbitrario

El comportamiento de los reactivos de Grignard puede modificarse de forma útil en presencia de otros metales. Las sales de cobre (I) dan organocupratos que efectúan preferentemente adiciones 1,4 . [15] El tricloruro de cerio permite adiciones 1,2 selectivas a los mismos sustratos. Los haluros de níquel y paladio catalizan reacciones de acoplamiento cruzado .

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
  2. ^ Capítulo 19: Ácidos carboxílicos. Química orgánica 4.ª edición, Carey. mhhe.com
  3. ^ abc Ouellette, Robert J.; Rawn, J. David (1 de enero de 2014), Ouellette, Robert J.; Rawn, J. David (eds.), "15 - Alcoholes: reacciones y síntesis", Organic Chemistry , Boston: Elsevier, págs. 491–534, doi :10.1016/b978-0-12-800780-8.00015-2, ISBN 978-0-12-800780-8, consultado el 6 de noviembre de 2023
  4. ^ Shirley, DA (1954). "La síntesis de cetonas a partir de haluros de ácido y compuestos organometálicos de magnesio, zinc y cadmio". Org. React. 8 : 28–58.
  5. ^ Huryn, DM (1991). "Carbaniones de cationes alcalinos y alcalinotérreos: (ii) Selectividad de las reacciones de adición de carbonilo". En Trost, BM ; Fleming, I. (eds.). Síntesis orgánica integral, volumen 1: Adiciones a enlaces π C—X, parte 1 . Elsevier Science . págs. 49–75. doi :10.1016/B978-0-08-052349-1.00002-0. ISBN 978-0-08-052349-1.
  6. ^ texte, Académie des sciences (Francia) Auteur du (1 de enero de 1900). "Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences / publiés... par MM. les secrétaires perpétuels". Gallica . Consultado el 23 de abril de 2023 .
  7. ^ Grignard, V. (1900). "Sur quelques nouvelles combinaisons organométaliques du magnésium et leur application à des synthèses d'alcools et d'hidrocabures". compt. Rendir . 130 : 1322–25.
  8. ^ IUPAC. Compendio de terminología química, 2.ª ed. (el "Libro de oro"). Compilado por AD McNaught y A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). ISBN 0-9678550-9-8 . doi :10.1351/goldbook. 
  9. ^ ab "Reacción de Grignard | El índice Merck en línea". www.rsc.org . Consultado el 23 de abril de 2023 .
  10. ^ Maruyama, K.; Katagiri, T. (1989). "Mecanismo de la reacción de Grignard". J. Phys. Org. Chem . 2 (3): 205–213. doi :10.1002/poc.610020303.
  11. ^ Ashby, EC; Goel, AB (agosto de 1981). "Evidencia directa que apoya una vía de transferencia de electrones única en la reducción de cetonas mediante reactivos de Grignard primarios, secundarios y terciarios". Journal of the American Chemical Society . 103 (16): 4983–4985. doi :10.1021/ja00406a070. ISSN  0002-7863.
  12. ^ Peltzer, Rafael Mathias; Gauss, Jürgen; Eisenstein, Odile; Cascella, Michele (12 de febrero de 2020). "La reacción de Grignard: desentrañar un rompecabezas químico". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 142 (6): 2984–2994. doi : 10.1021/jacs.9b11829. hdl : 10852/83918 . ISSN  0002-7863. PMID  31951398. S2CID  210709021.
  13. ^ Carey, Francis A. "Reactivo de Grignard". Britannica .
  14. ^ Hermann, Andrés; Seymen, Rana; Brieger, Lucas; Kleinheider, Johannes; Grabe, Bastián; Hiller, Lobo; Strohmann, Carsten (2023). "Estudio integral de la reactividad mejorada de los reactivos Turbo-Grignard *". Edición internacional Angewandte Chemie . 62 (25). doi : 10.1002/anie.202302489 . PMID  36971042. S2CID  257765567.
  15. ^ Woodward, Simon (1 de enero de 2000). "Descifrando la reactividad de 'caja negra' que es la química de adición conjugada de organocupratos". Chemical Society Reviews . 29 (6): 393–401. doi :10.1039/B002690P. ISSN  1460-4744.