Una reacción de acoplamiento, en química orgánica, es una reacción orgánica en el que dos fragmentos de hidrocarburos se unen formando un nuevo enlace químico para formar una sola molécula, con la ayuda de un catalizador.Reacciones de acoplamiento C-C en Química Fina. En: Catálisis Homogénea en Química Fina y Polímeros. Mecanismos de reacción. Universidad de Valladolid. Representan un tipo de reacciones muy importante en síntesis orgánica pues permiten crear enlaces carbono-carbono o carbono-heteroátomo.Reacciones de acoplamiento en medio acuoso catalizadas por complejos oxima-paladaciclo. Tesis doctoral de Luis Botella Segura. Universidad de Alicante
En un ejemplo importante para este tipo de reacciones, es un grupo principal de un compuesto organometálico del tipo R-M (R = fragmento orgánico, M = centro del grupo principal) donde este reacciona con un haluro orgánico del tipo R'X para la formación de un nuevo enlace carbono-carbono para dar el producto R-R'.Organic Synthesis using Transition Metals Rod Bates ISBN 978-1-84127-107-1
Las contribuciones al estudio de las reacciones de acoplamiento de Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki, fueron reconocidas con el Premio Nobel de Química 2010, que fue compartido con Richard F. Heck.
Clases de reacciones de acoplamiento A grandes rasgos, se reconocen dos tipos de reacciones de acoplamiento: Acoplamientos cruzados que agrupan reacciones entre dos compuestos diferentes, por ejemplo el bromobenceno (PhBr) y el cloruro de vinilo reaccionan para dar estireno (PhCH=CH2). Homoacoplamientos en donde se acoplan o enlazan dos fragmentos iguales, por ejemplo, la conversión de yodobenceno (Ph-I) en bifenilo (Ph-Ph).
Mecanismo El mecanismo de reacción general, comienza con una adición oxidante de un haluro orgánico con el catalizador. Posteriormente, el segundo fragmento sufre transmetalación, lo que sitúa a ambos candidatos del acoplamiento sobre el mismo centro metálico. El paso final es una eliminación reductora de los dos fragmentos de acoplamiento para regenerar el catalizador y dar el producto orgánico deseado. Los grupos orgánicos insaturados se acoplan con más facilidad, en parte, por su facilidad para dar reacciones de adición. Los productos intermedios son por lo tanto menos propensas a la beta-eliminación del hidruro.Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis; University Science Books: New York, 2010. ISBN 1-891389-53-X
En un estudio computacional, los grupos orgánicos no saturados mostraron mayor facilidad para sufrir una reacción de acoplamiento sobre el centro metálico.V. P. Ananikov, D. G. Musaev, K. Morokuma, “Theoretical Insight into the C-C Coupling Reactions of the Vinyl, Phenyl, Ethynyl, and Methyl Complexes of Palladium and Platinum” Organometallics 2005, 24, 715. Las tasas de la eliminación reductora siguen el siguiente orden: vinilo-vinilo > fenilo-fenilo > alquinilo-alquinilo > alquilo-alquilo.
Se ha comprobado que las barreras de activación y las energías de reacción para acoplamientos asimétricos R-R' donde se encuentran cerca de los promedios de los valores correspondientes de los acoplamientos simétricos R-R y R'-R', por ejemplo: vinilo-vinilo > vinilo-alquilo > alquilo-alquilo.
Catalizadores El catalizador metálico más usado es el paladio, pero algunos procesos a menudo usan níquel y cobre. Un catalizador común es el tetraquis(trifenilfosfina)paladio (0). Las reacciones catalizadas por paladio tienen varias ventajas, incluyendo la tolerancia al grupo funcional, y la baja sensibilidad de los compuestos de organopaladio hacia el agua y el aire haciendo este catalizador muy idóneo.
Se han hecho revisiones, por ejemplo, sobre reacciones mediadas por cobalto,Cobalt-Catalyzed Cross-Coupling Reactions Grard Cahiez and Alban Moyeux Chem. Rev., 2010, 110 (3), pp 1435–1462 Publication Date (Web): February 11, 2010 (Review) paladio,Carbon−Carbon Coupling Reactions Catalyzed by Heterogeneous Palladium Catalysts Lunxiang Yin and Jürgen Liebscher Chem. Rev., 2007, 107 (1), pp 133–173 Publication Date (Web): December 21, 2006 (Article) Advances in Transition Metal (Pd,Ni,Fe)-Catalyzed Cross-Coupling Reactions Using Alkyl-organometallics as Reaction Partners Ranjan Jana, Tejas P. Pathak, and Matthew S. Sigman Chem. Rev., 2011, 111 (3), pp 1417–1492 Efficient, Selective, and Recyclable Palladium Catalysts in Carbon−Carbon Coupling Reactions rpd Molnr Chem. Rev., 2011, 111 (3), pp 2251–2320 Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organoboron Compounds Norio. Miyaura, Akira. Suzuki Chem. Rev., 1995, 95 (7), pp 2457–2483 Diazonium Salts as Substrates in Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions Anna Roglans, Anna Pla-Quintana, and Marcial Moreno-Mañas Chem. Rev., 2006, 106 (11), pp 4622–4643 níquel,Nickel-Catalyzed Cross-Couplings Involving Carbon−Oxygen Bonds Brad M. Rosen, Kyle W. Quasdorf, Daniella A. Wilson, Na Zhang, Ana-Maria Resmerita, Neil K. Garg, and Virgil Percec Chem. Rev., 2011, 111 (3), pp 1346–1416 y sobre las aplicaciones.Selected Patented Cross-Coupling Reaction Technologies Jean-Pierre Corbet and Gérard Mignani Chem. Rev., 2006, 106 (7), pp 2651–2710 2006 (Article) Copper-Mediated Coupling Reactions and Their Applications in Natural Products and Designed Biomolecules Synthesis Gwilherm Evano, Nicolas Blanchard and Mathieu Toumi Chem. Rev., 2008, 108 (8), pp 3054–3131
Grupos salientes El grupo saliente X, en el compuesto orgánico suele ser bromuro yoduro o triflato pero los grupos salientes ideales son los cloruros, pues los cloruros orgánicos son más baratos que otros compuestos relacionados. Los metales del grupo principal en el compuesto organometálico suele ser estaño, zinc o boro.
Condiciones de reacción Ya que muchas reacciones de acoplamiento incluyen reactivos que son muy susceptibles a la presencia de agua o de oxígeno, es razonable suponer que todas las reacciones de acoplamiento se deben realizar en sistemas anhidros, aunque posible realizar reacciones de acoplamiento basadas en compuestos de paladio en soluciones acuosas, usando fosfinas sulfonadas solubles en agua, obtenidas por reacción de trifenilfosfina con ácido sulfúrico. En general, el oxígeno del aire posee mayor capacidad para alterar las reacciones de acoplamiento, ya que muchas de estas reacciones se producen a través de complejos metálicos insaturados, que no tienen 18 electrones de valencia. Por ejemplo, en los acoplamientos cruzados basados en compuestos de níquel o paladio, un complejo de valencia cero con dos sitios vacíos (o ligandos lábiles), reacciona con el enlace carbono-halógeno para formar un enlace metal-halógeno y un enlace metal-carbono. Tales complejos de valencia cero con ligandos lábiles o sitios de coordinación vacíos, suelen ser muy reactivo frente al oxígeno.
Reacciones de homo-acoplamiento Las reacciones de acoplamiento se ilustran con la famosa reacción de Ullmann.:
ReacciónAñoReactivo AReactivo BCatalizadorObservaciónReacción de Wurtz1855R-Xsp3R-Xsp3Na como agente reductorReacción de acoplamiento de Pinacol1859R-HC=O or R2(C=O) R-HC=O or R2(C=O) varios metalesrequiere dador de protonesAcoplamiento de Glaser1869RC≡CHspRC≡CHspCuO2 como aceptor-HReacción de Ullmann1901Ar-Xsp2Ar-Xsp2Cualtas temperaturasReacción de Gomberg-Bachmann 1924 Ar-H sp² Ar-N2X sp² Requiere base
Reacciones de acoplamiento cruzado
Una reacción de acoplamiento cruzado ilustrativa es el acoplamiento de Heck de un alqueno y un haluro de arilo:
Algunas reacciones de acoplamiento se recogen a continuación (la lista no es exhaustiva; para las referencias consúltense los artículos de la Wikipedia):
Reacción AñoReactivo AReactivo B Catalizador ObservacionesAcoplamiento de Cadiot-Chodkiewicz 1957 RC≡CH sp RC≡CX sp Cu Requiere baseAcoplamiento de Castro-Stephens 1963 RC≡CH sp Ar-X sp² Cu Acoplamiento por reactivo de Gilman 1967 R2CuLi R-X Reacción de Cassar 1970 Alkene sp² R-X sp³ Pd Requiere baseAcoplamiento de Kumada 1972 Ar-MgBr sp², sp³ Ar-X sp² Pd o Ni Reacción de Heck 1972 alkene sp² R-X sp² Pd Requiere baseAcoplamiento de Sonogashira 1975 RC≡CH sp R-X sp³ sp² Pd yCu Requiere baseAcoplamiento de Negishi 1977 R-Zn-X sp³, sp², sp R-X sp³ sp² Pd o Ni Acoplamiento cruzado de Stille 1978 R-SnR3 sp³, sp², sp R-X sp³, sp² Pd Reacción de Suzuki 1979 R-B(OR)2 sp² R-X sp³, sp² Pd Requiere baseAcoplamiento de Hiyama 1988 R-SiR3 sp² R-X sp³, sp² Pd Requiere baseReacción de Buchwald-Hartwig 1994 R2N-R SnR3 sp R-X sp² Pd Acoplamiento N-C, amina libre de segunda generaciónAcoplamiento de Fukuyama 1998 RCO(SEt) sp2 R-Zn-I sp3 Pd
Otras reacciones En un estudio, se ha descrito una reacción de acoplamiento inusual en la cual participa un compuesto de organomolibdeno, que permanece estable durante 30 años sin ningún signo de degradación, pero que es descompuesto por el agua para generar 2-butino, que es el aducto de acoplamiento de los dos ligandos etilidino. Esto, según los investigadores, abre otro camino para la química organometálica en medio acuoso.
Un método para las reacciones de acoplamiento cruzado, catalizadas por paladio, de haluros de arilo con arenos fluorados fue estudiado por Keith Fagnou y compañeros de trabajo. Es inusual, ya que se trata de una activación de enlaces carbono-hidrógeno con deficiencia de electrones.
center | 500px |Acoplamiento de fluoroareno
Aplicaciones Muchas reacciones de acoplamiento han encontrado aplicación en la industria farmacéutica R.H. Crabtree, The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 4th Ed. y en los materiales orgánicos conjugados.Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis John Hartwig
Referencias
Categoría:Química organometálica Categoría:Catálisis Categoría:Mecanismos de reacción
Categoría:Ciencia y tecnología de Francia del siglo XIX Categoría:Ciencia de 1855 Categoría:Francia en 1855