En química , la hidrogenación por transferencia es una reacción química que implica la adición de hidrógeno a un compuesto de una fuente distinta del H2 molecular . Se aplica en síntesis orgánica industrial y de laboratorio para saturar compuestos orgánicos y reducir cetonas a alcoholes e iminas a aminas . Evita la necesidad del H2 molecular a alta presión utilizado en la hidrogenación convencional . La hidrogenación por transferencia generalmente ocurre en condiciones suaves de temperatura y presión utilizando catalizadores orgánicos u organometálicos , muchos de los cuales son quirales , lo que permite una síntesis asimétrica eficiente . Utiliza compuestos donantes de hidrógeno como el ácido fórmico , isopropanol o dihidroantraceno , deshidrogenándolos a CO2 , acetona o antraceno respectivamente. [1] A menudo, las moléculas donantes también funcionan como disolventes para la reacción. Una aplicación a gran escala de la hidrogenación por transferencia es la licuefacción del carbón utilizando "disolventes donantes" como la tetralina . [2] [3]
En el área de la síntesis orgánica , se ha desarrollado una familia útil de catalizadores de transferencia de hidrógeno basados en complejos de rutenio y rodio , a menudo con ligandos de diamina y fosfina . [4] Un precursor de catalizador representativo se deriva del dímero de dicloruro de (cimen)rutenio y la difeniletilendiamina tosilada . Estos catalizadores se emplean principalmente para la reducción de cetonas e iminas a alcoholes y aminas , respectivamente. El donante de hidrógeno (agente de transferencia) suele ser isopropanol , que se convierte en acetona tras la donación de hidrógeno. Las hidrogenaciones de transferencia pueden ocurrir con altas enantioselectividades cuando el material de partida es proquiral :
donde RR'C*H−OH es un producto quiral. Un catalizador típico es (cimeno) R,R -HNCHPhCHPhNTs , donde Ts se refiere a un grupo tosilo ( SO 2 C 6 H 4 Me ) y R,R se refiere a la configuración absoluta de los dos centros de carbono quirales. Este trabajo fue reconocido con el Premio Nobel de Química en 2001 a Ryōji Noyori . [5]
Otra familia de agentes de transferencia de hidrógeno son los basados en alcóxidos de aluminio, como el isopropóxido de aluminio en la reducción de MPV ; sin embargo, sus actividades son relativamente bajas en comparación con los sistemas basados en metales de transición.
La hidrogenación catalítica asimétrica de cetonas se demostró con complejos de BINAP a base de rutenio . [6] [7]
Aunque el catalizador de dihaluro BINAP-Ru podría reducir las cetonas funcionalizadas, la hidrogenación de cetonas simples seguía sin resolverse. Este desafío se resolvió con precatalizadores del tipo RuCl 2 ( difosfano )(diamina). [8] Estos catalizadores reducen preferentemente cetonas y aldehídos, sin afectar a las olefinas ni a muchos otros sustituyentes.
Antes del desarrollo de la hidrogenación catalítica, se desarrollaron muchos métodos para la hidrogenación de sustratos insaturados. Muchos de estos métodos tienen sólo interés histórico y pedagógico. Un agente de hidrogenación por transferencia destacado es la diimida o (NH) 2 , también llamado diazeno. Este se oxida a N 2 muy estable :
La diimida se puede generar a partir de hidracina o de otros precursores orgánicos determinados.
Dos hidrocarburos que pueden servir como donadores de hidrógeno son el ciclohexeno o el ciclohexadieno . En este caso se forma un alcano , junto con un benceno . La ganancia de energía de estabilización aromática cuando se forma el benceno es la fuerza impulsora de la reacción. Se puede utilizar Pd como catalizador y se emplea una temperatura de 100 °C. Se han informado hidrogenaciones de transferencia más exóticas, incluida esta intramolecular:
Existen muchas reacciones con alcohol o aminas como donadores de protones y metales alcalinos como donadores de electrones. De valor continuo es la reducción de arenos mediada por sodio y metal mediante abedul (otro nombre para los hidrocarburos aromáticos ). Menos importante actualmente es la reducción de ésteres de Bouveault-Blanc . La combinación de magnesio y metanol se utiliza en reducciones de alquenos, por ejemplo, en la síntesis de asenapina : [11]
La hidrogenación por transferencia organocatalítica ha sido descrita por el grupo de List en 2004 en un sistema con un éster de Hantzsch como donador de hidruro y un catalizador de amina: [12]
En esta reacción particular, el sustrato es un compuesto carbonílico α,β-insaturado . El donante de protones se oxida a la forma de piridina y se parece a la coenzima NADH bioquímicamente relevante . En el ciclo catalítico de esta reacción, la amina y el aldehído forman primero un ion iminio , luego a la transferencia de protones le sigue la hidrólisis del enlace iminio que regenera el catalizador. Al adoptar un organocatalizador MacMillan de imidazolidinona quiral se obtuvo una enantioselectividad del 81% ee :
[13]
En un caso de estereoconvergencia , tanto el isómero E como el isómero Z en esta reacción producen el enantiómero (S) .
Ampliar el alcance de esta reacción hacia cetonas o más bien enonas requiere un ajuste fino del catalizador (agregue un grupo bencilo y reemplace el grupo t-butilo por un furano ) y del éster de Hantzsch (agregue grupos t-butilo más voluminosos): [14 ]
Con otro organocatalizador se puede realizar también la hidrogenación de iminas . Una reacción en cascada está catalizada por un ácido fosfórico quiral : [15]
La reacción se produce a través de un ion iminio quiral . Los catalizadores tradicionales a base de metales, la hidrogenación de sustratos aromáticos o heteroaromáticos tienden a fallar.
