Accoppiamento ossidativo

Un accoppiamento ossidativo è una reazione di chimica organica che coinvolge due substrati idrocarburici i quali, in presenza di un catalizzatore spesso di tipo metallico, generano radicali liberi che condensando formando un nuovo legame (generalmente C-O, C-N, oppure C-C), per cui lo stato di ossidazione degli atomi coinvolti nell'accoppiamento risulta superiore.

Le reazioni di accoppiamento ossidativo si dividono comunemente in due ulteriori classi:

• accoppiamento incrociato, in cui due molecole differenti reagiscono fra loro; un esempio ne è la reazione dell'alogenuro di un arilmagnesio con un cloruro arilico in presenza di cloruro di nichel come catalizzatore, per formare un biarile.
• omoaccoppiamento, dove si ha un solo substrato; sempre nell'esempio di formazione di un biarile si può citare la reazione di Ullmann in cui un alogenuro arilico reagisce in presenza di rame come catalizzatore. Questa reazione richiede generalmente temperature più alte.

Rappresenta un tipo di reazioni molto importante nella sintesi organica in quanto permettono creare legami carbonio-carbonio e carbonio-eteroatomo.^[1] Un esempio importante è quello in cui un gruppo principale di un composto organometallico (dove gli atomi di carbonio si legano a un atomo di metallo mediante legame covalente) del tipo R-M (R=frammento organico e M=centro del gruppo principale) reazione con un alogenuro organico del tipo R'X con la formazione di un nuovo legame carbonio-carbonio per dare come prodotto R-R':^[2]

${\displaystyle R-M\ +\ R'-X\ \to R-R'\ +\ M-X}$

I contributi per lo studio di questo genere di reazioni da parte di Ei-ichi Negishi e Akira Suzuki furono riconosciuto con il Premio Nobel per la chimica nel 2010, premio condividiso con Richard Heck.^[3]

Meccanismo

Il meccanismo di reazione, generalmente, inizia con una addizione ossidativa di un alogenuro organico con la presenza di un catalizzatore. Successivamente, il secondo substrato subisce una transmetallazione che dispone i due substrati nello stesso centro metallico. L'ultimo passo è l'eliminazione riduttiva dei due substrati di accoppiamento per rigenerare il catalizzatore e formare il prodotto organico stabilito. I gruppi organici insaturi si accoppiano più facilmente, soprattutto grazie alla facilità con danno una reazione di addizione: i prodotti intermedi, quindi, sono meno inclini alla reazione di eliminazione dell'idruro.^[4] I tassi di eliminazione riduttiva reguono questo ordine: vinile-vinilo > fenile-fenilo >alchile-alchilo.

Catalizzatori

Il catalizzatore metallico più comune è il palladio, anche se alcuni processi usano spesso nichel e rame. Le reazioni catalizzate dal palladio hanno moltiplici vantaggi tra cui la tolleranza al gruppo funzionale e la bassa sensibilità all'acqua e aria dei composti di organopalladio.

Gruppo uscente

Il gruppo uscente X, generalmente, è bromuro, ioduro o triflato: i gruppi uscenti ideali sono i cloruri per il fatto sono più economici di altri composti simili. I metalli del gruppo principale nel composto organometallico sono stagno, zinco o boro.

Condizioni dell'accoppiamento

Premesso che molte reazioni di accoppiamento includoro reagenti suscettibili all'acqua e ossigeno, è opportuno supporre che tutte le reazioni di accoppiamento si realizzino escludendo l'acqua. Tuttavia, si possono realizzare accoppiamenti con composti di palladio in soluzione acquosa, usando fosfina solforosa solubile in acqua, ottenuta dalla reazione di trifenilfosfina con acido solforico. In generale, l'ossigeno dell'aria altera più dell'acqua in quanto le reazioni vengono prodotte attraverso complessi metallici insaturati che possiedono 18 elettroni di valenza.

Tipi di accoppiamento

Le reazioni di accoppiamento possono così classificarsi:

Reazione	anno	substrato A		reagente B		omo/incrociata	catalizzatore	note
Reazione di Wurtz	1855			R-X	sp³	omo	Na
Reazione di Glaser	1869			R-X	sp	omo	Cu
Reazione di Ullmann	1901			R-X	sp²	omo	Cu
Reazione di Gomberg-Bachmann	1924			R-N2X	sp²	omo		richiede base
Reazione di accoppiamento di Cadiot-Chodkiewicz	1957	alchino	sp	R-X	sp	incr.	Cu	richiede base
Reazione di accoppiamento di Castro-Stephens	1963	R-Cu	sp	R-X	sp²	incr.
Reazione di accoppiamento di Kumada	1972	R-MgBr	sp², sp³	R-X	sp²	incr.	Pd o Ni
Reazione di Heck	1972	alkene	sp²	R-X	sp²	incr.	Pd	richiede base
Reazione di accoppiamento di Sonogashira	1973	alchino	sp	R-X	sp³ sp²	incr.	Pd e Cu	richiede base
Reazione di accoppiamento di Negishi	1977	R-Zn-X	sp²	R-X	sp³ sp²	incr.	Pd o Ni
Reazione di accoppiamento incrociata di Stille	1977	R-SnR3	sp²	R-X	sp³ sp²	incr.	Pd	richiede base
Reazione di Suzuki	1979	R-B(OR)2	sp²	R-X	sp³ sp²	incr.	Pd	richiede base
Reazione di accoppiamento di Hiyama	1988	R-SiR3	sp²	R-X	sp³ sp²	incr.	Pd	richiede base
Reazione di Buchwald-Hartwig	1994	R2N-R SnR3	sp	R-X	sp²	incr.	Pd	nuovo legame N-C
Reazione di accoppiamento di Fukuyama	1998	RCO(SEt)	sp2	R-Zn-I	sp3	incr.	Pd

Altre reazioni

Accoppiamento in mezzo acquoso

Uno studio ha mostrato una nuova reazione di accoppiamento insolita nella quale partecipa un composto organomolibdeno che si mantiene stabile per 30 anni senza mostrare alcun segno di degradazione, ma che si decompone in acqua per formare 2-butino. Secondo gli investigatori, questa nuova reazione apre la strada per la chimica organometallica in un mezzo acquoso.

Accoppiamento di areni fluorurati

Questo metodo di accoppiamento incrociato di alogenuri arilici con areni fluorurati, catalizzato dal palladio, fu studiato da Keith Fagnou e dai suoi colleghi di lavoro. Anche questa reazione è piuttosto insolita in quanto si tratta di un'attivazione del legame carbonio-carbonio con una differenza di elettroni:^[5]

Accoppiamento di areni fluorurati

Applicazioni

Molte reazioni di accoppiamento sono usate nell'industria farmaceutica.^[6]

Note

1. Reacciones de acoplamiento en medio acuoso catalizadas por complejos oxima-paladaciclo. (PDF) (archiviato dall'url originale il 27 novembre 2015). Tesis doctoral de Luis Botella Segura. Universidad de Alicante
2. Organic Synthesis using Transition Metals Rod Bates ISBN 978-1-84127-107-1
3. The Nobel Prize in Chemistry 2010 - Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki, su nobelprize.org, 6 ottobre 2010. URL consultato il 6 ottobre 2010.
4. Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis; University Science Books: New York, 2010. ISBN 1-891389-53-X
5. M. Lafrance, C. N. Rowley, T. K. Woo and K. Fagnou, Catalytic Intermolecular Direct Arylation of Perfluorobenzenes, in J. Am. Chem. Soc., vol. 128, n. 27, 2006, pp. 8754–8756, DOI:10.1021/ja062509l, PMID 16819868.
6. R.H. Crabtree, The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 4th Ed.

Collegamenti esterni

• (EN) IUPAC Gold Book, "oxidative coupling", su goldbook.iupac.org.

Controllo di autorità	GND (DE) 4166199-0

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