TEMA 4

COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS EN QUÍMICA ORGÁNICA
Reactivos organometálicos de metales de los grupos I y II
Reactivos de Grignard
Reactivos organolíticos
g
Reactivos de organozinc
Compuestos organometálicos con metales de transición
Reacciones con intermedios de organocobre
Reacciones con intermedios de organopaladio
1
COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS EN QUÍMICA ORGÁNICA
Características generales
Presentan un enlace C-M polarizado
La polarización del enlace depende tanto de la parte orgánica como del metal
La reactividad aumenta con el carácter iónico del enlace
Caràcter iónico
C-K
51%
C-Na
47%
C-Li
43%
C-Mg
35%
CZ
C-Zn
18%
C-Cd
15%
C-Hg
9%
Reactivid
da
d
C-M
Reactivos de Na y K
Se inflaman en contacto con el aire
Reaccionan violentamente con el agua
Poco volátiles
Insolubles en disolventes apolares
Compuestos más covalentes
Reaccionen lentamente con el agua y el
oxígeno
Algunos son volátiles y pueden destilarse
Solubles en hidrocarburos t éteres
2
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reactivos de Grignard (Mg) y reactivos organolíticos
Presentan un enlace carbono-metal
carbono metal fuertemente polarizado -C
C-M
M+
Carácter nucleofílico
Carácter básico
ataque
nucleófilo
O
H
H
H
OLi
H
H
Me
H
+ MeLi
OLi
H
H
Base
H
H
3
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos de Grignard
1. Procedimiento clásico (Reacción de haluros de alquilo con Mg)
Aplicable a la mayoría de haluros de alquilo sencillos.
RI>RBr>RCl,
RF no reaccionan
A Cl y CH2=CHCl
Ar-Cl
CHCl no reaccionan
i
en éter
ét etílico,
tíli
pero síí en THF
Ar-Br y Ar-I reaccionan más fácilmente
Br
Cl
M
Mg
Cl
MgBr
èter
Activación del magnesio:
Con I2 o dibromoetano
Br
Br
+ Mg
BrMg
Br
+ MgBr2
Formación de magnesio reactivo por reducción de sales de magnesio con Na o K
4
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos de Grignard
1. Procedimiento clásico (continuación)
Mecanismo
R-Br + Mg
R-Br
+ Mg (I)
R-Br
+ Mg (I)
R-Mg-Br
Estereoquímica:
Normalmente se observa racemización total del lugar de reacción
Excepción: Haluros de ciclopropilo y alquenilo puede ser preparados con retención total o
parcial de la estereoquímica.
Una vez formados los bromuros de alquilmagnesio secundarios racemizan muy lentamente.
Equilibrio
E
ilib i de
d Schlenck:
S hl
k
En disolución los haluros de alquilmagnesio se encuentran en equilibrio con los
correspondientes compuestos de dialquilmagnesio y MgX2. El desplazamiento del equilibrio
depende del disolvente pero se encuentra desplazado hacia la izquierda en la mayoría de
haluros de alquilmagnesio. La presencia de MgX2 (ácido de Lewis) puede tener una gran
influencia en la reactividad ya que puede unirse al electrófilo aumentando la reactividad.
2RMgX
R2Mg + MgX2
5
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos de Grignard (continuación)
Agregación: En éter, los reactivos de organomagnesio forman agregados. Los
dímeros predominan en el caso de los cloruros
Cl
2RMgCl
R Mg
Mg R
Cl
2. Metalación (intercambio hidrógeno-metal)
R
H + R'MgX
R
MgX + R'-H
Es el procedimiento habitual para la preparación de reactivos de alquinilmagnesio
alquinilmagnesio.
La reacción transcurre satisfactoriamente debido a la mayor acidez de los
hidrógenos unidos a carbono sp
3. Intercambio metal-metal: El método es de aplicación general si el metal elemental
es más electropositivo que el metal en el reactivo organometálico.
R2Hg
H + Mg
M
R2Mg + Hg
6
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos
1.Procedimiento clásico (Reacción de haluros con Li metálico)
Aplicable a la mayoría de haluros de alquilo sencillos
No es válido para ioduros de alquilo y haluros muy reactivos por que dan reacciones
de acoplamiento (Wurtz)
2 PhCH2-Cl
CH3-I
Li
Li
PhCH2-CH2Ph
CH3-CH3
Estereoquímica:
Normalmente se observa racemización total o p
parcial en el lugar
g de reacción
Excepción: Los reactivos de alquenillitio pueden ser preparados con retención de la
estereoquímica del doble enlace
Agregación
A
ió
Hexámeros en hidrocarburos
Tetrámeros en disolución etérea
7
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
2. Metalación (intercambio hidrogeno-metal)
Es el procedimiento habitual para la preparación de reactivos de alquinillitio, pero
también de otros. La reacción procede fácilmente debido a la acidez de los
hidrógenos unidos a carbono sp.
R
H + BuLi
+ BuLi
Bu-H
+ R
Li
Bu-H +
Li
Li
+
t-BuLi
t-Bu-H +
8
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
2. Metalación (intercambio hidrógeno-metal) (continuación)
Compuestos aromáticos con sustituyentes que se pueden coordinar al ión Li
(alcóxido, amido, sulfonamido) se metalan en orto
Grupo 1. Activación fuerte: -CN, SO2NR2, O-CONR2, 2-oxazolina.
(Grupos electronatrayentes con
pares de
d electrones
l t
no enlazantes
l
t
capaces de coordinarse con el Li.
Grupo 2. Activación moderada: CH2NR2, -F,
F -CF
CF3, -OMe,
OMe OCH2OMe, -SR.
Grupo 3. Activación débil: -CH2OLi, CH(OLi)NR2, -NR
NR2. Coordinen a la
base pero tienen carácter
electrondador
SO2NMe2
BuLi
THF, TMEDA
SO2NMe2
Li
9
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos organolíticos (continuación)
2. Metalación (intercambio hidrógeno-metal) (continuación)
Compuestos heteroaromáticos y vinil éteres se metalan en posiciones contiguas al
heteroátomo
Compuestos con grupos capaces de estabilizar carbaniones
O
S CH2R
O
BuLi
O Li
S CHR
O
10
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivos organolíticos (continuación)
3. Intercambio halógeno-metal
R-X
R
X + R
R'-Li
Li
R-Li + R'-X
Es el segundo método en importancia. La reacción transcurre en la dirección de formar
el reactivo organolítico más estable, es decir, el derivado con el metal unido al carbono
más ácido (con mayor carácter s).
La fuerza motriz de la reacción es la mayor estabilidad de los carbaniones sp2 respecto
a los sp3
11
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Preparación de reactivo organolíticos (continuación)
4. Intercambio metal-metal
R-Li + R'-H
R-M
R
M + R
R'-Li
Li
La reacción procede en la dirección de situar el metal más electropositivo sobre el
carbono más ácido (mayor carácter s). El intercambio entre reactivos organometálicos
de Sn y Li es uno de los más útiles sintéticamente.
H
CH2-OTHP
Bu3SnH
RCHO + Bu3SnLi
H
Bu3Sn
RCHO
CH2-OTHP
H
CH2-OTHP
Li
H
R'-X
R
X
BuLi
RCHOR'
SnBu3
SnBu3
R2NCH2SPh + Bu3SnLi
BuLi
R2NCHSPh
SnBu3
BuLi
+ Bu4Sn
H
RCHOR'
+ Bu4Sn
Li
R2NCSPh
Li
+ Bu4Sn
12
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reactividad:
-
-Carácter básico
+
C M
-Carácter nucleofílico
-SN sobre carbono saturado
-Adición sobre carbono insaturado
C
Comportamiento
básico
á
H2O + RMgX
R-H + XMgOH
H2O + RLi
R-H + LiOH
R'OH + RLi
R-H + R'O-Li
i-Pr2NH + RLi
R-H + i-Pr2NLi (Preparación LDA)
13
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones de sustitución nucleofílica sobre carbono saturado
La alquilación de reactivos organolíticos con agentes alquilantes tiene una aplicación
limitada La reacción de reactivos organolíticos de alquilo puede transcurrir por vía radicalaria
limitada.
Los reactivos organolíticos estabilizados (alílicos y bencílicos) funcionan mejor. Con
bromuros de alquilo se observa un elevado grado de inversión (mecanismo SN2)
R = 58%
100% inversió
14
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones de sustitución nucleofílica sobre carbono saturado
Reactivos de alquenillitio pueden alquilarse de manera efectiva con ioduros y bromuros
de alquilo
La alquilación de reactivos de Grignard tiene algún valor sintético
sintético, especialmente con
haluros de metilo, alílicos o bencílicos, y también con sulfonatos o sulfatos de alquilo
15
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con epóxidos
Los reactivos de Grignard y organolíticos reaccionen con epóxidos para dar alcoholes
extendiendo la cadena carbonada en dos átomos adicionales. La reacción suele transcurrir
por un mecanismo SN2 con inversión sobre el carbono menos sustituido
16
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Epóxidos (Reacciones secundarias)
17
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones sobre carbono saturado (resumen)
18
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con compuestos carbonílicos
-Es el tipo de reacciones más importante de los reactivos de Grignard y de los reactivos
organolíticos.
organolíticos
Aldehídos y cetonas: Reaccionan para dar alcoholes
O
R1
R3MgX
R2
R3
O
R1
3
R Li
R2
R3
OMgX H O+
3
R3
OH
R1
R2
R1
R2
R3
OLi
R3
OH
R1
R2
R1
R2
H3O+
R3
Con reactivos de Grignard en el ET participan dos moléculas del reactivo
organometálico.
19
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)
- Transposición: Reactivos de Grignard alílicos pueden dar productos resultantes de la
transposición del reactivo. La adición tiene lugar a través de un ET cíclico de seis
miembros (metalo Claisen)
Si la cetona
está muy impedida este método de adición se ve suplantado por el
(C
ataque por el carbono primario
20
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)
- Reducción: Con reactivos de Grignard que tienen un H en  en el metal, la reducción
del grupo carbonilo a alcohol puede competir con la adición. El problema es
especialmente grave con cetonas impedidas o reactivos de Grignard voluminosos
BM
BrMg
M B
MgBr
OH
O
OH
21
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)
- Enolización: La formación de enolatos puede ser una reacción competitiva en algunos
casos. La cetona se recupera inalterada después de neutralizar la mezcla de reacción. El
problema puede ser grave en cetonas impedidas o compuestos 1,3-dicarbonílicos.
O
EtMgBr
O
H2 O
O
OMgBr
En algunos casos el problema se puede evitar utilizando reactivos de Li
Li, o mejor de cerio
O
O
O
OH
EtMgBr
OH
EtLi
EtMgBr
Et
O
CeCl3
O
Et OH
22
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Estereoquímica)
- Compuestos acíclicos: Reglas de Cram
- Ciclohexanonas: Ataque ecuatorial para dar el alcohol axial está ligeramente
favorecido. La preferencia aumenta con el volumen del reactivo (Grignard i Li)
O
t-Bu
CH3Li
OH
CH3
CH3 + t-Bu
t-Bu
65%
OH
35%
23
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Aplicaciones)
-Alcohols primarios a partir de formaldehído
- Alcoholes secundarios a partir de aldehídos
- Alcoholes terciarios a partir de cetonas
O
OH
1. EtMgBr
2. H2O
24
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con derivados de ácido: Cuando unido al carbonilo hay un grupo saliente,
el paso de adición va seguido de expulsión del grupo saliente para dar una cetona, la
cual puede reaccionar con otra molécula del reactivo organometálico.
O
R1
R2MgX
X
R2
O
R2 O
R1
X
R1
R2MgX
R2
R2 O
R1
R2
H3O+
R2 OH
R1
R2
R2
Esteres: La reacción con un Grignard o organolítico conduce a un alcohol
terciario con incorporación de dos grupos carbonados del reactivo.
25
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con otros ésteres:
Carbonatos: Conducen a alcoholes terciarios con tres sustituyentes iguales.
O
RO
OR
O
R2
O
R2 O
R2MgX
RO
R2 O
R2MgX
R2
R2
H3O+
R2
RO
R2
RO
OR
R2 O
R2MgX
R2
R2 OH
R2
R2
Formiatos: Conducen a alcoholes secundarios con dos grupos iguales
O
H
R2MgX
OR
R2
O
R2 O
H
OR
H
R2MgX
R2
H O
R2
R2
H3O+
H OH
R2
R2
R2
26
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Lactonas: Conducen a dioles.
O
O
2
R O
2
R MgX
g
O
R2 OH
R2 O
O
2
R
O
R2MgX
H3O+
2
R
O
R2
OH
Reacciones con anhídridos y cloruros de ácido
No suele se ventajosa. Con cloruros de ácido es posible preparar cetonas por adición de
un equivalente
i l t d
dell reactivo
ti a b
baja
j ttemperatura.
t
Si
Sin embargo
b
lla reacción
ió es difí
difícilil d
de
controlar.
CH3CH2CH2COCl + CH3(CH2)4CH2MgBr
-30 oC
THF
O
CH3(CH2)2C(CH2)5CH3
27
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Síntesis de compuestos carbonílicos con reactivos de Grignard. La adición de
reactivos de Grignard a amidas y ésteres de 2-piridintiol conduce a cetonas
O
HNMe2
R
NMe2
R
O
H3 O +
R' O-MgX
R'MgX
R
NMe2
R'
O
R
Cl
O
N
SH
R
R'MgX
S
N
R'
OMgX
R
S
O
H3O+
R
N
R'
Si utilizamos dimetilformamida o ortoformiatos se obtienen aldehídos.
O
H
R'MgX
NMe2
OEt
H
OEt
OEt
R' O-MgX
H
OEt
H
OEt
OEt
X
R' Mg
R'MgX
H3O+
NMe2
O
H
OEt
H
OEt
R'
R
R'
O
H3O+
H
R'
28
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacción con ácidos carboxílicos.
Reactivos de Grignard y organolíticos reaccionan de manera diferente frente a ácidos
carboxílicos.
O
Ph
OH
O
Ph
O
RLi
-RH
Ph
-RH
RH
O-Li
O
RMgX
OH
R-Li
Ph
O-Li
Ph
O-Li
R
H3O+
O
Ph
R
RMgX
O-MgX
Reacción con CO2
L adición
La
di ió d
de reactivos
ti
d
de G
Grignard
i
d o organolíticos
líti
a CO2 conduce
d
aá
ácidos
id carboxílicos
b íli
con homologación de la cadena:
29
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacción con iminas y nitrilos
La reacción de reactivos de Grignard y organolíticos con iminas da lugar a aminas
PhCHCH2Ph
N
CH3 MgCl
PhCH=NCH3 + PhCH2MgCl
H3O+
PhCHCH2Ph
NH
CH3
También reaccionan con piridinas
N
[ ]
[ox]
H3 O +
RLi
N
Li
R
N
H
R
N
R
Los reactivos de Grignard reaccionan con nitrilos para dar cetonas después de la
hidrólisis. Con nitrilos alifáticos puede producirse desprotonación en , que es mayor con
reactivos organolíticos
N-MgCl
C N
+ CH3MgCl
CH3
O
H3O+
CH3
30
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones sobre grupo carbonilo (resúmen)
HO Et
R
O
Et
R'
R
O
OH
R
CO2
HO Et
R'
Et
R
O
OR'
R
O
O
Et
R
(sólo Li)
RO
Et-M
(M= Li o MgX)
RCO2H
HO Et
OR
Et
Et
O
1.
1
H
O
OMe
OMe
OMe
1
1.
R
2. H3O
Et
Cl
NMe2
2. H3O+
+
H
R
O
O
R
Et
O
R
Et
NR'
NHR
R
Et
R
H
Et-M
(M= Li o MgX)
O
1. RC N
2. H3O+
R
Et
31
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacción con compuestos carbonílicos ,-insaturados
Con aldehídos se produce normalmente adición al grupo carbonilo (adición 1,2).
Con cetonas y ésteres la posición del ataque puede variar dependiendo del reactivo y del
impedimento estérico
Reactivos organolíticos dan adición 1,2
Reactivos de Grignard prefieren la adición 1,2, pero si hay mucho impedimento
estérico alrededor del carbonilo pueden dar adición1,4 al doble enlace
(especialmente con ésteres).
O
MeMgBr
OH
H
o MeLi
O
CH3CH=CHCOCHCH2CH2CH3
CH3
CH3CH2CH2CH2MgBr
CH3 O
CH3CH2CH2CH2CHCH2COCHCH2CH2CH3
CH3
32
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn, Cd)
Configuración M s2 d10
2 d10
M2+
Las reacciones con reactivos derivados de estos iones metálicos no suelen implicar
cambios en el estado de oxidación (red-ox).
Comportamiento similar a los reactivos organometálicos de los grupos I y II pero menos
reactivos
Reactivos de dialquilzinc
Preparación
a) A partir de reactivos de Grignard. En algunos casos es posible destilar el reactivo de
di l il i y separarlo
dialquilzinc
l d
de llas sales
l d
de magnesio
i
2 R MgX + ZnX2
R2Zn + 2 MgX2
b) A partir de haluros de alquilo y el par Cu-Zn
2 R-X
Zn-Cu
R2Zn + ZnX2
2RZnX
Schlenk
33
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Preparación
c) Reactivos de vinilzinc
vinilzinc. Se pueden preparar por transmetalación a partir de vinilboranos
vinilboranos.
CH2CH2Ph
BH
2
Cy2B
CH2CH2Ph
Et2Zn
EZ
EtZn
CH2CH2Ph
d) Reactivos de alquinilzinc. Se preparan por metalación a partir de alquinos
terminales y reactivos de dialquilzinc.
q
CH2CH2Ph
Et2Zn
EtZn
CH2CH2Ph
34
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Reactividad
Carácter básico: Son menos básicos que los reactivos de litio y magnesio
2 R-H +
H2O + R2Zn
ZnO
Carácter nucleófilo:
-Reaccionan
Reaccionan lentamente con aldehídos y cetonas
- No reaccionan con ésteres
para dar cetonas
- Reaccionan con cloruros de ácido p
O
O
Cl
MeO
O
Et2Zn
Et
MeO
O
35
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Adición enantioselectiva a aldehídos y cetonas
La reacción de reactivos de dialquilzinc con aldehídos y cetonas se ve acelerada por
-La
ligandos N,O.
- Esto ha permitido desarrollar versiones enantioselectivas de esta reacción utilizando
ligandos quirales
O
OH
NMe2
H
+ Et2Zn
OH
Et
98% ee
N
Zn O
OH
O
+ Et2Zn
SO2NHBn
Ti(OPr)4
OH
Et
Me
O
R
Z R
Zn
85 % ee
36
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DEL GRUPO IIB (Zn)
Reactivos de dialquilzinc
Reacción de Reformatsky
O
O
BrCH2COEt
O
BrZnCH2COEt
Zn
H3O+
OZnBr
HO
CO2Et
CH2=COEt
COEt
enolato
También podemos utilizar otros bromuros de compuestos relacionados y bromocetonas
CO2Et
Br
CO2Et
Br
O
Zn
+ CH3CHO
Br
CONR2
Bz-DMSO
Br
CN
O
OH
37
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
La participación de especies organometálicas de cobre se postulan por primera vez como
intermedios en reacciones de adición de reactivos de Grignard en presencia de sales de
Cu (I)
MeMgBr
O
H3CC CHCCH3
MeMgBr
CuBr
OH
H3CC CHCCH3
CH3
CH3 O
H3CHC CHCCH3
-El
El átomo de Cu es más blando de los de Li y Mg debido a la presencia de orbitales de
que hacen que la carga no se encuentre tan localizada
- Las especies organometálicas de Cu(I) son nucleófilos blandos y por lo tanto
prefieren atacar el centro electrófilo blando (alqueno) antes que al carbonilo (centro
duro)
38
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Preparación
Normalmente se preparan a partir de reactivos organolíticos y sales de Cu(I): CuCN, CuI,
Me2S-CuBr
Ph
RLi + Cu (I)
RCu + Li
2RLi + Cu (I)
[R2Cu]Li + Li
3RLi + Cu (I)
[R3CuLi2] + Li
H + CuSO4
NH3
Ph
Dialquilcupratos de litio
Cu
NH2OH, H2O
Ci
Cianocupratos
t d
de orden
d superior
i
2RLi + CuCN
[R2CuCN]
2
2Li
4
[(R2CuCN)2]
4Li
Su reactividad es semejante a la de los dialquilcupratos, pero son más estables
39
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad.
1.- Reacciones de sustitución.
Los cupratos experimentan reacciones de sustitución por mecanismos diferentes a los
reactivos
ti
de
d Li y M
Mg. L
La eliminación
li i
ió d
dell h
haluro
l
no suele
l ser un problema
bl
y lla reacción
ió
tolera la presencia de grupos OH libres que serían desprotonados por los reactivos de Li
y Mg.
L reacción
La
ió es iincluso
l
compatible
tibl con lla presencia
i d
de una cetona
t
I
+ Me
M 2CuLi
C Li
Cl
Br
+ Me2CuLi
O +
CuLi
2
O
40
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad
1.- Reacciones de sustitución (cont.).
A diferencia de los reactivos de Li y Mg, los cupratos pueden dar reacciones de
sustitución
tit ió d
de h
haluros
l
sobre
b carbono
b
sp2 . La
L reacción
ió titiene llugar con retención
t
ió en lla
estereoquímica del doble enlace.
I
+ Me2CuLi
Un posible mecanismo implica la adición del cuprato d10 al haluro para dar un intermedio
cuadrado-plano de Cu(III) d8 seguido de eliminación cis para dar el producto de
acoplamiento
41
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad
1.- Reacciones de sustitución (cont).
Los cupratos también desplazan tosilatos con inversión en la configuración.
Con haluros alílicos se p
puede p
producir competencia
p
entre SN y SN’ mientras
que con acetales alílicos suele predominar la reacción SN’
Br + Me2CuLi
+
+ Me2CuLi
OAc
OAc
+ Bu2CuLi
C CHBu
42
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad
1.- Reacciones de sustitución (cont).
Con epóxidos la reacción sigue un comportamiento semejante a los reactivos de Li y Mg.
L reacción
La
ió ttranscurre con iinversión
ió sobre
b ell carbono
b
menos sustituido.
tit id L
Los epóxidos
ó id
sustituidos con un alqueno experimentan alquilación sobre el doble enlace con apertura del
epóxido (SN’).
O
+ Me2CuLi
CH3CH2
O
H2C
CH3
CH3
+ Me2CuLi
OH
CH3CH2CHCH2CH3
H3C
OH
CH3 CH3
Con cloruros de ácido los cupratos reaccionan dando cetonas. La reacción es
compatible con otros grupos funcionales, como por ejemplo cetona, éster, CN, etc.
43
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
R
Resumen
d
de reacciones
i
de
d sustitución
tit ió
44
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad
2 Reacciones
2.R
i
d
de adición
di ió conjugada.
j
d
El carácter de nucleófilo blando de los reactivos de cobre hace que estos se adicionen de
manera muy selectiva dobles enlaces conjugados con grupos carbonilo.
El mecanismo más p
probable es similar al de la sustitución de haluros. Probablemente
se produce un proceso de transferencia de un electrón, formando un radical anión que
recombina rápidamente con el cobre. La transferencia de un grupo R del Cu a C da un
enolato.
O
R2Cu
+
R'
R
O
R''
R2Cu
R'
R''
R'
Cu
R
R
O
R''
R
R'
O
R'
'
45
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad
2 Reacciones
2.R
i
d
de adición
di ió conjugada-Tandem
j
d T d
El producto resultante después de la adición conjugada de un organocuprato a un
compuesto carbonílico insaturado es un enolato. Este puede ser neutralizado con agua
(d d ell producto
(dando
d t d
de adición
di ió 1
1,4)
4) o bi
bien se puede
d h
hacer reaccionar
i
con un segundo
d
electrófilo (Tandem)
SiMe3
SiMe3
O
Me3Si
H2O
O
MgBr
O
Cu·SMe2
SiMe3
MeI
O
O
O
O
Br
Me2CuLi
Me
Me
46
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Reactividad
3 Reacciones
3.R
i
d
de adición
di ió a alquinos
l i
tterminales
i l
La adición de dialquilcupratos de litio a alquinos terminales conduce a vinilcupratos de litio,
estables a baja temperatura.
temperatura La adición es estereoespecífica sin.
sin
R'
H
R
H
H2O
R'
R2CuLi + R'
H
R
R
I
R'
ClCN
2
R
CuLi
1 H2C C CO2Et
H
2 H2O
R
H
I2
H
R'
R'
H
H
H H CO2Et
CN
Br
R'
H
H
H
R
47
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE COBRE
Cupratos
C
t mixtos
i t
Uno de los inconvenientes de los cupratos es que solo uno de los grupos R es transferido
al producto de la reacción.
Se han preparado cupratos mixtos RR’CuLi
RR CuLi en los que uno de los grupos se transfiere
selectivamente.
Li
H
H
CH
1. BuLi
CH3CH2CH2
H
2 Cu(I)
C (I)
CH3CH2CH2
O
CH3CH2CH2
Li
Cu
H
H
CH
O
1
2 H2 O
OSiM 3
OSiMe
Altres
OSiMe3
Cu
H
H
CH
OSiMe3
(Ar-S-Cu-R)Li
(Me3C-O-Cu-R)Li
48
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Características generales
- En la mayoría de las reacciones se utiliza una cantidad catalítica de Pd
- La fuente de Pd es una sal o un complejo inorgánico (normalmente con fosfinas)
- Las especies con un enlace C-Pd i un protón en  son inestables y tienden a eliminar un
protón y Pd (0)
Pd
H
+ H
+ Pd(0)
- Las especies con dos grupos carbonados unidos a Pd descomponen con
recombinación de los dos grupos carbonados y eliminación de Pd(0).
R1 Pd R2
R1-R
R2
+ Pd(0)
- Tipos de intermedios organometálicos de Pd:
- Complejos 
- Complejos -alílicos
- Complejos σ
49
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos  (Alquenos electrofílicos)
Los complejos  se forman por la reacción entre un alqueno y una sal de Pd(II). La
formación de estos intermedios convierte los alquenos en especies electrofílicas
capaces de reaccionar con nucleófilos
nucleófilos.
[H]
PdX2
R HC CH2 + PdX2
R HC CH2
Nu-H
-HX
H
R C CH2-Pd-X
Nu
Markownikoff
R CH CH3
Nu
R
Pd(0)
-HX
C CH2
Nu
Ejemplos
Nitrógeno como nucleófilo
PdCl2(MeCN)2, LiCl
Pd2+
benzoquinona
NH2
NH2
Pd+
N H
H
N
H
N
H
50
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
Oxigeno (H2O) como nucleòfilo
El proceso Wacker
Importancia a nivel industrial. Síntesis de acetaldehído a partir de etileno
-Importancia
-Catalítico respecto a Pd
-Oxigeno es el oxidante terminal a través de un segundo ciclo catalítico
CH2=CH2 + 1/2 O2
PdCl2, CuCl
C Cl2
CH3CHO
1//2 O2 + 2H+
H2 O
2Cu+
PdX2
2Cu2+
PdX2
Pd(0) + HX
O
H
HO
HO
H
PdX
+ HX
H2 O
51
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
El proceso Wacker también se utiliza para preparar acetona a partir de propeno y 2butanona a partir de buteno. También se ha adaptado para la síntesis de moléculas más
complejas. La reacción está, sin embargo, limitada a alquenos terminales que convierte en
metilcetonas.
metilcetonas
O
O2
CH2=CH2CH3
CH3CCH3
PdCl2, CuCl2
H
O
O
O2, H2O, DMF
H
PdCl2, CuCl2
O
Alcoholes como nucleófilo
Se obtiene un éter de enol que, en ocasiones, se puede transformar en un
acetal en las condiciones de reacción
HO
HO
HO
OH
O2, DMF
ClPd
OH
O
O
ClPd
O
PdCl2, CuCl2
HO
O
O
O
52
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
La adición de un nucleófilo a un complejo  puede ir seguida de reacción con monóxido de
carbono. En presencia de disolventes nucleofílicos (alcoholes) el proceso conduce a
ésteres
R Nu
Cu+
Cu2+
OMe
H
PdX2
O
R
Pd(0)
+ H+
MeOH
PdX2
R Nu
N
R
PdX
H
O
R Nu
H
PdX
+ HX
CO
R' Pd X
C O
R' Pd C O
X
NuH
O
R' C
MeOH
Pd-X
O
R' C
OMe + Pd(0) + HX
53
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
La adición de un nucleófilo a un complejo  puede ir seguida de reacción con monóxido de
carbono. En presencia de disolventes nucleofílicos (alcoholes) el proceso conduce a
ésteres
54
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
-alílicos
alílicos
Los complejos -alílicos de Pd son complejos η3 . Pueden prepararse a partir de alquenos
que posean hidrógenos alílicos y sales de Pd(II). Estos complejos son electrófilicos y
reaccionan con nucleófilos dando alquenos funcionalizados y Pd(0). La reacción puede
hacerse catalítica incluyendo un reoxidante para el paladio.
PdX2
H
coordinación
PdX2
H
inserción
oxidativa
Nu
PdX
Nu-H
+
Nu
-HX
Complejo
+ HX + Pd(0)
alílico
Pd X
Pd
X
Ejemplos
PdCl2, AcOH
MnO2, BQ
OAc
Pd(II)
via
55
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
-alílicos
alílicos
Los complejos -alílicos de Pd también se forman a partir de haluros o acetatos alílicos y
Pd(0). Se trata de complejos estables que se pueden aislar; normalmente se trata de dímeros
en los que el haluro o el acetato hacen de puente entre dos Pd.
Los complejos -alílicos se pueden utilizar estequiométricamente, pero lo más habitual es
llevar a cabo la reacción con una cantidad catalítica de Pd(0)
56
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos -alílicos
Ejemplos
OAc
Pd(PPh3)4
NaCH(CO2Et)2
H
N
Pd(PPh3)4
AcO
CO2Et
AcO
NaCH(CO2Et)2
H
N
CO2Et
Pd(PPh3)2
AcO
N
(Ph3P)2Pd
57
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
-alílicos
alílicos
Regioselectividad: El nucleófilo normalmente ataca por el carbono menos impedido del
sistema π.
OAc
Ph
L2Pd(0)
CO2Et
PdL2
OAc
EtO2C
CO2Et
CO2Et
EtO2C
Ph
Ph
+
Ph
92%
Ph
CO2Et
8%
Estereoselectividad:
Nu
AcO
AcO
L2Pd(0)
Retención
global
Nu
Nu
Amina
fenol
malonato
-OAc
PdL2
PdL2
Inversión
global
Nu
PdL2
Nu
Nu
Nu
HRPhOM
58
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
Estos intermedios se forman por inserción oxidativa de Pd(0) a haluros orgánicos.
El procedimiento esta limitado a haluros aromáticos y vinílicos
vinílicos. Con haluros de alquilo se
produce eliminación reductiva de Pd.
Pd-X
X
+ Pd(0)
Pd-X
X
+ Pd(0)
Reactividad:
1. Acoplamiento con sistema insaturados (alquenos y alquinos)
2. Acoplamiento con reactivos nucleófilos (organometálicos)
59
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Complejos 
La reacció de Heck
X
GF
+
GF
Pd(0)
I
+ CH2=CHCO2H
CH=CHCO2H
PdOAc2
PPh3, Et3N
Ejemplos
I
O
O
PdOAc2, PPh3
K2CO3,, 80oC
Me
Br
PdOAc2
+
MeO2C
PdLX
Me
Me
MeO2C
PPh3, Et3N MeO2C
OTf
N
+
(Ph3P)2PdCl2,
LiCl, DMF
CO2Et
CO2Et
N
60
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
La reacció de Heck
Mecanismo:
base-HX
Pd(II) a Pd(0)
base
L2Pd(0)
RX
R-X
inserción oxidativa
X
L Pd H
L
R
CO2Me
eliminación R
de hidruro 
H
CO2Me
PdLX
inserción
X
+L
L Pd R L
L
X
Pd
R
X
L Pd R
CO2Me
CO2Me
coordinación
al alqueno
Los procesos de inserción en el alqueno y de β-eliminación de hidruro
ocurren ambos de manera sin.
61
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Carbonilación
Los complejos  de Pd pueden reaccionar con monóxido de carbono en presencia de
nucleófilos. Si el nucleòfilo es un alcohol (disolvente) se obtienen ésteres. La reacción
intramolecular conduce a lactonas.
Mecanismo:
Ejemplo
TBSO
I
OH
(Ph3P)PdCl2,, CO
K2CO3, THF
TBSO
O
O
62
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamiento con reactivos organometálicos
La sustitución de un haluro (aromático o vinílico) por parte de un reactivo organometálico
catalizado por Pd es un buen procedimiento para la formación de un enlace C-C. El
mecanismo básico para estas reacciones consta de tres etapas: inserción oxidativa,
transmetalación y eliminación reductiva. La reacción permite una gran variedad de reactivos
organometálicos.
R-X
inserción oxidativa
L2Pd(0)
R-R'
eliminación
reductiva
X
L Pd R
L
R'
L Pd R
L
transmetalación
MX
R'M
63
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamiento
Reactivos de Li y Mg
64
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamiento
Reactivos de zinc: La reacción de Negishi
Los reactivos de zinc presentan ventajas debido a su menor reactividad y compatibilidad con
diversos grupos funcionales
funcionales.
1. Zn activat
2.
I
Cl
I
Pd(PPh3)4
Cl
65
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamiento
Reactivos de estaño: La reacción de Still
Compatible con diferentes grupos funcionales, generalmente con buenos rendimientos, es una
de las más utilizadas.
utilizadas
66
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamiento
Reactivos de boro: La reacción de Suzuki
Los boranos necesitan ser activados como nucleófilos para dar reacciones de acoplamiento.
Para ello se utilizan aniones duros (hidróxido,
(hidróxido alcóxido
alcóxido, carbonato
carbonato, fluouro y fosfato) que se
adicionan al átomo de boro para dar complejos aniónicos.
R
Y
B
X
Y
Y
B
R
Y
X
Pd(OAc)2, PPh3
KOt-Bu, DME
B(OH)2
+
R'X, Pd(0)
I
OBn
R-R'
R'= aril o vinil
OBn
67
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE PALADIO
Reacciones de acoplamiento
Reactivos de cobre: La reacción de Sonogashira
Consiste formalmente en el acoplamiento entre un haluro (o triflato) vinílico o arílico con un
alquino terminal. Implica la participación de reactivos de alquinilcobre. Existen dos ciclos
catalíticos
t líti
acoplados,
l d
uno para ell Pd y otro
t para ell C
Cu.
SiMe3
Ejemplo
OTf
SiMe3
PdCl2(PPh3)2
CuI i-PrNH
CuI,
i PrNH2
68
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE NIQUEL
Reacciones de acoplamiento cruzado de haluros alílicos con haluros
CH2=CH-Br
CH Br
CH2=CH-CH2-CH=CH2
H2C CH CH2Br + Ni(CO)4
Ni
Br
Br
Ni
I
CH2CH=CH2
Mecanismo
R
Ni
Br
Br
S
Ni
2
Ni
Br
S
R-X
R
X
Ni
Br
X
R
+ NiXBr
69
REACCIONES CON INTERMEDIOS ORGANOMETÁLICOS DE NIQUEL
Reacciones de homoacoplamiento de haluros
H
H
Ph
Br
Ni(COD)2
H
Ph
H
H
Ph
H
Ni
Ni(COD)
(
)2
NC
Br
NC
CN
Ni(COD)2
70
REACTIVOS ORGANOMETÁLICOS DE LOS GRUPOS I Y II
Reacciones con aldehídos y cetonas (Problemas)
- Transposición: Reactivos de Grignard alílicos pueden dar productos resultantes de la
transposición del reactivo. La adición tiene lugar a través de un ET cíclico de seis
miembros (metalo Claisen)
Si la cetona está muy impedida este método de adición se ve suplantado por el
ataque por el carbono primario
(C
Los aductos de cetonas con reactivos de Grignard alílicos pueden isomerizar al isómero
menos impedido
i
did por reversión
ió d
dell paso d
de adición
di ió
71
REACTIUS ORGANOMETÀL·LICS DEL GRUP IIB (Zn, Cd)
Reactivos de dialquilcadmio
Preparación
Se preparan por reacción de reactivos organometálicos o de Grignard con cloruro de
cadmio
2 MeMgCl + CdCl2
Me2Cd + 2 MgCl2
2 BuLi + CdCl2
Bu2Cd + 2 LiCl
Al igual que los reactivos de dialquilzinc, reaccionan con cloruros de ácido para dar
cetonas
O
O
Cl
+ Pr2Cd
Pr
72