Reacción de acoplamiento

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.^[1] Representan un tipo de reacciones muy importante en síntesis orgánica pues permiten crear enlaces carbono-carbono o carbono-heteroátomo.^[2]

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'.^[3]

R-M\ +\ R'-X\ \to R-R'\ +\ M-X

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.^[4]

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).

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.^[5]

En un estudio computacional, los grupos orgánicos no saturados mostraron mayor facilidad para sufrir una reacción de acoplamiento sobre el centro metálico.^[6] 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,^[7] paladio,^[8]^[9]^[10]^[11]^[12] níquel,^[13] y sobre las aplicaciones.^[14]^[15]

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.

Las reacciones de acoplamiento se ilustran con la famosa reacción de Ullmann.:

Más información Año, Reactivo A ...

Reacción	Año	Reactivo A		Reactivo B		Catalizador	Observación
Reacción de Wurtz	1855	R-X	sp³	R-X	sp³	Na como agente reductor
Reacción de acoplamiento de Pinacol	1859	R-HC=O or R₂(C=O)		R-HC=O or R₂(C=O)		varios metales	requiere dador de protones
Acoplamiento de Glaser	1869	RC≡CH	sp	RC≡CH	sp	Cu	O₂ como aceptor-H
Reacción de Ullmann	1901	Ar-X	sp²	Ar-X	sp²	Cu	altas temperaturas
Reacción de Gomberg-Bachmann	1924	Ar-H	sp²	Ar-N₂X	sp²		Requiere base

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Artículo principal: Reacción 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	Año	Reactivo A		Reactivo B		Catalizador	Observaciones
Acoplamiento de Cadiot-Chodkiewicz	1957	RC≡CH	sp	RC≡CX	sp	Cu	Requiere base
Acoplamiento 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 base
Acoplamiento de Kumada	1972	Ar-MgBr	sp², sp³	Ar-X	sp²	Pd o Ni
Reacción de Heck	1972	alkene	sp²	R-X	sp²	Pd	Requiere base
Acoplamiento de Sonogashira	1975	RC≡CH	sp	R-X	sp³ sp²	Pd yCu	Requiere base
Acoplamiento 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 base
Acoplamiento de Hiyama	1988	R-SiR₃	sp²	R-X	sp³, sp²	Pd	Requiere base
Reacción de Buchwald-Hartwig	1994	R₂N-R SnR₃	sp	R-X	sp²	Pd	Acoplamiento N-C, amina libre de segunda generación
Acoplamiento de Fukuyama	1998	RCO(SEt)	sp²	R-Zn-I	sp³	Pd

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.^[16]

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.^[17]

Muchas reacciones de acoplamiento han encontrado aplicación en la industria farmacéutica^[18] y en los materiales orgánicos conjugados.^[19]

[1]
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Datos: Q898912

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