Curso organometalicos

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Química Organometálica Curso Doctorado 1. Aspectos Generales a. Regla de los 18 electrones b. Ligandos 2. Mecanismos básicos a. Adición oxidante b. Eliminación reductora c. β-Eliminación de hidruro d. α-Eliminación de hidruro e. Inserción de olefinas f. Inserción de CO g. Ataque nucleófilo a ligandos 3. Metátesis de Olefinas 4. Reacción Dötz 5. Proceso Monsanto del ácido acético 6. Acoplamientos catalizados por Pd a. Reacción de Stille b. Reacción de Suzuki c. Reacción de Sonogashira d. Reacción de Heck e. Reacción de Negishi f. Reacción de Sonogashira
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Qumica Organometlica Curso Doctorado1. Aspectos Generales a. Regla de los 18 electrones b. Ligandos 2. Mecanismos bsicos a. Adicin oxidante b. Eliminacin reductora c. -Eliminacin de hidruro d. -Eliminacin de hidruro e. Insercin de olefinas f. Insercin de CO g. Ataque nuclefilo a ligandos 3. Mettesis de Olefinas 4. Reaccin Dtz 5. Proceso Monsanto del cido actico 6. Acoplamientos catalizados por Pd a. Reaccin de Stille b. Reaccin de Suzuki c. Reaccin de Sonogashira d. Reaccin de Heck e. Reaccin de Negishi f. Reaccin de Sonogashira

Aspectos Generales.

La regla de los 18 electronesLa regla de los 18 electrones nos permite decider si un complejo organometlico es estable o no. Es el equivalente de la regla del octeto utilizada en qumica orgnica. Se trata simplemente del conteo de los electrones que se pueden acomodar en los orbitales de valencia del metal, uno s, tres p y los 5 orbitales d. Estos orbitales pueden ser enlazantes o no enlazantes, pero forman 9 orbitales accesibles de baja energa donde ese pueden acomodar 18 electrones. Saber de cuntos electrones dispone un metal nos ayuda a predecir los posibles mecanismos de reaccin del metal. Existen dos modos de contar los electrones, el mtodo neutro o covalente y el mtodo inico. Aunque esto parece complicar la situacin, en realidad se trata de dos formas equivalentes de llegar el mismo resultado.

Ligandos ms comunes y su donacin electrnicaEn la siguiente tabla se muestran los ligandos ms comunes e qumica de coordinacin y el nmero de electrones que cada uno de ellos es capaz de donar al metal. Algunos de ellos son capaces de donar diferente nmero de electrones. Se ilustra tambin la forma de contarlos en el modo inico.

Mecanismos bsicosAdicin oxidanteLa adicin oxidante es la adicin de un complejo metlico a otra molcula durante la que el metal se oxida en dos electrones. En los ejemplos mostrados, el metal pasa del estado de oxidacin x a x+2. En la mayora de los casos se generan dos nuevos ligandos del metal. Tambin son posibles los procesos binucleares:

Eliminacin reductoraComo su nombre indica, la eliminacin reductora supone la eliminacin o expulsin de un ligando desde el complejo metlico, siempre que durante el proceso el metal se reduzca en dos electrones. En el ejemplo de abajo, el metal pasa de la oxidacin x+2 a x y queda finalmente coordinativamente insaturado. En la ecuacin 2 se muestra un caso de eliminacin reductora bimolecular:

La eliminacin reductora es formalmente el reverse microscpico de la adicin oxidante, y ambas juntas aparecen en un gran nmero de ciclos catalticos de reacciones organometlicas.

-Eliminacin de hidruroEs uno de los procesos ms comunes en qumica organometlica. La reaccin consiste nicamente en la transferencia de un hidruro desde la posicin de un ligando al centro metlico. Aunque ms comn en ligandos alquilos, tambin puede ocurrir en ligandos alcxido unidos a metales de transicin late:

El mecanismo transcurre a travs de un estado de transicin de 4 centros, donde el hidruro es transferido al metal. El alqueno que se forma puede quedar coordinado al metal o ser desplazado del mismo por un ligando ms coordinante. Un requisito importante para que se produzca la eliminacin es la existencia de una vacante de coordinacin en el metal. Si no existe, ser necesario que alguno de los ligandos coordinados al metal se displace inicialmente. Adems, el metal suele presentar normalmente menos de 18 electrones, de lo contrario se formara un hidruro metlico de 20 electrones, algo muy improbable. El reverso microscpico de esta reaccin es la insercin de hidruro en una olefina. En muchos sistemas, ambos mecanismos se encuentran en un equilibrio rpido. La -eliminacin es muy importante como paso de final de propagacin de cadenas en la formacin de polmeros. Algunos sistemas que no presentan -eliminacin son los siguientes:o o o

Alquilos que no contienen hidrgenos en . Alquilos orientados de forma que el hidruro no se puede acercar al metal. Alquilos cuya eliminacin dara lugar a alquenos inestables.

-Eliminacin de hidruroConsiste en la transferencia de un hidruro de la posicin de un ligando al centro metlico. El proceso se puede entender como una adicin oxidante, puesto que el metal se oxida en dos electrones. Por esta razn, el proceso no puede ocurrir en complejos metlicos de tipo d0 or d1. En estos casos, puede ocurrir una variante denominada abstraccin , que no conlleva la oxidacin del metal, sino que el hidruro es transferido a un ligando adyacente en vez de al metal.

Insercin de OlefinasConsiste bsicamente en la insercin de un doble enlace en un enlace sencillo M-H o M-C:

Es el reverse microscpico de la -eliminacin. El estado de transicin de este proceso es esencialmente una interaccin agstica entre un hidrgeno y el alquilo que se desarrolla:

Evidencias para un estado de transicin de este tipo se han obtenido por rayos X:

La insercin de olefinas en hidruros metlicos es un proceso en equilibrio. En olefinas muy electrn-atrayentes el equilibrio puede estar totalmente desplazado hacia la derecha. Hay relativamente pocos ejemplos de insercin de alquenos en enlaces metal-alquilo, sin embargo son la base de un buen nmero de procesos catalticos como la polimerizacin de olefinas. Termodinmicamente la reaccin est favorecida, en contra del caso del fromilo y de la insercin de CO. Las velocidades de insercin de olefinas en hidruros metlicos son normalmente procesos muy rpidos.

Insercin de COLa aptitud migratoria de los grupos alquilo sigue el orden Me > Ph > benzyl. Inserciones dobles o de mayor orden son excepcionalmente raras, aunque se conocen algunos ejemplos (ver Organometallics 1992, 11, 2534):

En contraste, inserciones multiples de otros sustratos como olefinas son mucho ms comunes e importantes. Se han descrito procesos en los que se da alternancia de inserciones de etileno y CO para producir copolmeros. La insertion de CO en un enlace M-H es muy rara, debido a que los complejos formil-metal son metaestables, descomponiendo a hidruros metlicos a no ser que haya una estabilizacin extra del oxgeno carbonlico por un metal oxoflico como el Th (J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 6959):

El disolvente puede desempear un papel importante en las migraciones de insercin. Esto ha sido estudiado por Basolo que sugiri que la coordinacin del disolvente al metal puede inducir la reaccin de insercin. Esto fue confirmado por Bergman, que studio el studio estrico de disolventes en un sistema Cp-Mo (J. Am. Chem. Soc. 1981 103, 7028). La insercin CO se puede favorecer tambin por oxidacin del metal. En el siguiente esquema se presenta un caso en el que se da insercin promovida por transferencia electrnica. El intermedio de 17 e es muy reactivo.

Ataque nuclefilo a ligandos coordinadosRegla de Davies-Green-Mingos Son tres reglas que se aplican consecutivamente: Regla 1. El ataque nuclefilo ocurre preferentemente en ligandos con nmero de carbonos par.

Regla 2. El ataque nuclefilo ocurre preferentemente en ligandos polinicos abiertos preferentemente frente a sistemas cerrados.

Regla 3. En el caso de ligandos abiertos de nmero de carbonos par el ataque nuclefilo ocurre preferentemente en las posiciones terminales; en el caso de ligandos polinicos abiertos de nmero de carbonos impar, el ataque nuclefilo ocurre nicamente si el fragmento metlico LnM+ es fuertemente atractor de electrones.

Mettesis de OlefinasEl premio Nobel en Qumica 2005 se otorg precisamente en este tema. La mettesis de olefinas se puede ver como una reaccin en la que los dobles enlaces C-C se cortan y se vuelven a pegar de diferente manera de un mode estadstico:

Si uno de los productos es voltil (como etileno) o se puede separar fcilmente, el equilibrio se desplaza totalmente hacia la derecha. Del mismo modo, si la reaccin se lleva a cabo en condiciones de furte presin de etileno, las olefinas internas se pueden converter en olefinas terminals. Hay una gran variedad de variantes que se pueden aplicar, como se discute ms adelante.

MecanismoEl mecanismo ms comnmente aceptado para la mettesis de olefinas se propuso por Chauvin y supone una cicloadicin [2+2] entre un complejo alquiliden - metal de transicin y la olefina para formar un intermedio de metalaciclobutano. Este ciclo se abre en la direccin opuesta par adar lugar a una nueva olefina con repcuperacin del alquiliden-metal. Si este proceso se repite, se puede dar un equilibrio donde se obtengan mezclas de diferentes olefinas.

La correspondiente cicloadicin entre olefinas para dar ciclobutanos est prohibida por la simetra y slo puede ocurrir fotoqumicamente. Sin embargo, la presencia de orbitales d en el metal rompe la simetra y facilita la reaccin.. Un artculo del Chemical & Engineering News titulado Olefin Methathesis: The Early Days donde se describen los primeros pasos de la historia de la mettesis y su mecanismo [Chem. & Eng. News 2002, Dec 23, 34-38].

CatalizadoresHa habido al menos 4 diferentes generaciones de catalizadores: 1. Catalizadores heterogeneous "Black Box": Consisten en un haluro metlico de valencia alta, xido u oxohaluro con un agente alquilante como cocatalizador, como alquilzinc o alquilaluminio. Algunos de estos catalizadores se soportan en almina o slica. Ejemplos clsicos, algunos de ellos todava en uso son: WCl6/SnMe4 y Re2O7Al2O3.

Aunque son catalizadores extremadamente activos, tienen una tolerancia demasiado baja frente a grupos funcionales por su carcter de cido de Lewis. Una aplicacin comercial todava en uso es la reaccin de ROMP de diciclopentadieno para producir plsticos duros. 2. Catalizadores basados en Titanoceno. La reaccin de Cp2TiCl2 con dos equivalents de AlMe3 para dar Cp2Ti(-Cl)(-CH2)AlMe2 produce lo que se denomina normalmente reactivo de Tebbe. En presencia de una base fuerte como piridina, el reactivo es formalmente equivalente "Cp2Ti=CH2". Estos catalizadores de Ti no son tan activos como los anteriores, pero Grubbs ha demostrado que pueden dar lugar a reacciones estequiomtricas de tipo Wittig con carbonilos como cetonas, aldehidos para formar los correspondientes derivados de metileno. El mecanismo de esta reaccin es idntico al expuesto para la mettesis de olefinas excepto que el ltimo paso no es reversible.

3. Catalizadores de Schrock W, Mo and Re: R.R. Schrock (MIT) invent una serie amplia de catalizadores, pero el ms importante de ellos es el complejo arilimido de Mo con frmula general (Ar'N)(RO)2Mo=CHR' donde Ar' is tpicamente 2,6-diisopropylphenyl, R' puede ser virtualmente cualquier sustituyente y R es neopentilo o neofilo (CMe2Ph). Son catalizadores extremadamente activos, con una capacidad de producir ms de 1000 ciclos de mettesis de cis-2-penteno en menos de un minuto cuando R = CMe(CF3)2. La reactividad de estos catalizadores se puede modificar fcilmente cambiando la naturaleza del ligando alcxido. Cuando R = tert-butyl, el complejo reacciona slamente con olefinas cclicas tensionadas, hacindolo un catalizador ideal de ROMP.

Estos catalizadores presentan una Buena tolerancia hacia grupos funcionales, aunque son sensibles al aire y al agua. These catalysts have a high tolerance for functionality, although they are air and water-sensitive. Two important features of these catalysts are that they are 100% active and have been fully characterized by NMR and X-ray crystallography. The success of these catalysts stems from their coordinative and electronic unsaturation (making them electrophilic) and their bulky ligands (prevents bimolecular decomposition).

4. Catalizadores de Grubbs de Ru. A principios de los 90, Bob Grubbs (CalTech) desarroll una serie de catalizadores de Ru que diferan de los descritos hasta aqul momento. Primeramente, el metal se encuentra en estado de oxidacin bajo y est coordinado a diferentes fosfinas. Adems, estos catalizadores toleran tanto las diferentes funcionalidades que algunos de ellos pueden funcionar incluso en agua y se puede trabajar con ellos al aire! En contrapartida, estos catalizadores presentan menor actividad.

Otros tipos de Mettesis de OlefinasRing-Closing Metathesis Polymerization (RCM) a) Acyclic Diene Metathesis (ADMET) El mtodo ADMET, iniciado por Ken Wagener y Jim Boncella en la Univ. de Florida, usa alpha-omega dienos para producir polmeros. La fuerza motriz de la reaccin es la eliminacin de etileno del sistema, que se puede favorecer mediante una corriente de nitrgeno.

La reaccin reversa (ruptura de un polmero insaturado con etileno en presencia de un catalizador de mettesis) se ha aplicado como posible mtodo de reciclaje de neumticos. b) Polimerizacin de Acetilenos Cuando se hace reaccionar acetileno con un alquilideno se produce una reaccin [2 + 2] como en las olefinas, pero se forma un metalaciclobuteno en vez de un metalaciclobutano. Si el ciclo se abre, el resultado es un cadena de polmero:

This reaction typically only works well with 2-butyne or terminal acetylenes. Polymerization of terminal acetylenes is complicated by the potential for the R group to insert alpha or beta with respect to the metal. It is extremely

challenging to always get a beta insertion and generate a polymer with reproducible properties. c) HomomettesisE E E

d) Ring-Opening Metathesis Polymerization (ROMP)Ru Ru

e) Cross Metathesis (CM)R1 R2 + R3 R4 R1 R3 + R2 R4

Intil cuando puede dar mezclas complejas de alquenos. til con etileno o con monosustituidos.O + CO2Me R1 R1 CN O CN CO2Me R2

O

O

R2

+

+

f) Ring Closing Metathesis (RCM) Algunos ejemplos de formacin de ciclos por medio de la reaccin de mettesis:

O

O

O

O

Este mtodo es muy til en la sntesis de algunos productos naturales que contienen estructuras macrocclicas, como son: muskone: utilizado en fragancias, proviene de la glndula abdominal del venado almizclero de China y Tibet. Musk deer.O O

hidrogenacin

epothilone, sintetizado por reaccin de mettesis seguido de epoxidacin. Hace falta el cis, la reaccin da en principio 1:1. Nicolaou AC 1997, 36, 166. Danishefsky JACS 1997, 119, 2733 y 10073 Schinzer AC 1997, 36, 1101.S HO O O OH O N

g) Ring Opening Metathesis (ROM) ejemplo de Snapper (JACS 1997, 119, 1478)

Fe(CO)3 CAN O O O

H O O

h) Ring Opening Closing Metathesis (ROCM)O N O N

O

N

O

N

O RO RO

O

O

O

O

O

O

O

O

O

ltimas publicaciones: Grubbs JACS 2006, 128, 3508 Review de mettesis en sntesis: Nicolaou Angew Chem 2005, 44, 4490 Mettesis quiral La mettesis de olefinas asimtrica ha recibido un amplio inters. Bsicamente consiste en la modificacin de los complejos catalizadores descritos anteriormente donde se han introducido ligandos quirales unidos al metal. Hoveyda y Schrock desarrollaron varios catalizadores quirales basados en Mo (Chem Eur J 2001, 945) que produce compuestos con alto rendimiento y altas enantioselectividades en RCM y ROM asimtricas.

Ms recientemente Grubbs describi el primer catalizador quiral basado en Ru (Org Lett 2001, 3225).Ph N I I Ru PCy3 Ph N

Hoveyda tambin describi otro catalizador basado en el de Ru de Grubbs que contiene como ligando quiral binaftol (BINOL). N Mes Nbinol O Ru Cl O

Ambos sistemas dan lugar a selectividades moderadas a buenas en reacciones RCM asimtricas, y el catalizador de Hoveyda adems ha sido aplicado tambin en ROM asimtricas. Hoveyda y Schrock han publicado varios catalizadores quirales con Mo como metal.

N O Mo O

Reacciones asimtricas que se pueden hacer con los catalizadores quirales: ARCM Asymmetric Ring Closing Metathesis

O

Mo bifenil

O

99%ee

Si

O

O

Si

Mo binol

Si

O

O

Si

Si

O

OH

>99%ee

AROM/CMOMOM +98%ee Mo bifenil

Ph

OMOM

Ru bifenol

+ O O O85 %ee

O

O

O

Resolucin cinticaO R O R O R

Review de Hoveyda y Schrock Chemistry 2001, 7, 945 6. Mettesis de Eninos Desarrollado por Mori: Synlett 1994, 1020. Synthesis 2003, 1. Enyne Metathesis La primera mettesis de eninos catalizada por un carbine de Ru fue descrita por Mori. En esta transformacin, se convierte un enino en un 1,3-dieno. La reaccin se puede llevar a cabo de forma intra o intermolecular y es completamente tomo-econmica. El proceso es muy general para la formacin de ciclos de 5 o 6 miembros y en algunos casos se pueden mejorar los rendimientos cuando se realiza bajo atmsfera de etileno. Una aplicacin interesante es la mettesis de eninos en siloxialquinos. El tratamiento del producto de reaccin con HF da lugar a cetonas insaturadas. Se pueden usar alquinos simples en cross-mettesis con etileno. Se pueden obtener 1,3-dienos macrocclicos se pueden obtener, con formacin de productos exo o endo dependiendo del tamao del ciclo. Para un nmero de tomos mayor a 11 se observa normalmente el doble enlace endo.

E N E O Ru N O

E N Ru O

E E N O Ru N O

OSiR3

OSiR3 Ru

R3SiO Ru

R3SiO

R3SiO Ru

Se pueden obtener incluso compuestos tricclicos como productos.OSiR3 OSiR3

Mettesis de alquinos. Hay varios carbenos catalizadores de mettesis de diinos, pero son diferentes de los de dienos. Mo(CO)6 (Me3CO)3W---CtBu desarrollado por Schrock El principal inconveniente de la mettesis de alquenos consiste en la falta de selectividad E/Z del doble enlace formado que se observa en muchos casos. Algunos avances en este area consisten en la introduccin de catalizadores de Ru con ligandos del tipo carbeno NHC, pero la selectividad de la reacin contina siendo bastante dependiente del sustrato y es impredecible. Furstner (Angew. Chem. 1998, 1734. JACS 1999, 11108) introdujo una alternative indirecta para la formacin de macrociclos con doble enlacece que

haba sido usada con anterioridad en qumica macromolecular. Su uso en sntesis se limitaba a la cross-mettesis de alquinos para formar fenilacetilenos. La ring closing alkyne metathesis (RCAM) ofrece una aproximacin directa a los cicloalquenos. La reaccin es bastante general para ciclos superiors a 11 carbonos y se toleran la mayora de los grupos funcionales. El catalizador ms empleado es el complejo alquilideno de Tungsteno: (Me3CO)3W:triple:CtBu Otra alternativa es el uso de sistemas in situ, donde el catalizador activo se genera a partir de Mo(CO)6 y fenoles como aditivos. Requiere drsticas condiciones de reaccin que limitan su uso cuando existen grupos funcionales sensibles. El mecanismo de reaccin no est completamente estudiado.and phenol additives. La sntesis de la epothilona C representa un caso claro en el que el empleo de RCAM presenta fuertes ventajas sobre la RCM. La aplicacin anterior de RCM en sntesis de epothilonas haba demostrado el potencial de esta reaccin en sntesis orgnica avanzada, pero estaba limitada por el problema de la falta de selectividad. Todos los ejemplos que se haban descrito daban lugar a mezclas de diastereoismeros en el mejor de los casos y en algunos otros se obtena nicamente el ismero E, no deseado. El uso de RCAM, combinado con una reduccin con Lindlar facilit que finalmente la epothilona C se pudiera obtener como un nico diastereoismero. Un descubrimiento reciente por Trost ha venido a ampliar las posibilidades sintticas de la reaccin de RCAM. Los alquinos pueden ser hidrosililados de forma trans con gran selectividad en presencia de (CP*Ru(MeCN))PF6. Los correspondientes vinilsilanos que se obtienen se pueden protodesililar con CuI/TBAF or AgF.O O O (CH2)7 O (CH2)7

El mecanismo es similar al explicado para la mettesis de alquenos. Su mayor aplicacin es la sntesis de macrociclos con dobles enlaces de estereoqumica definida. El triple enlace se puede reducir a dobles enlaces mediante hidrogenacin Lindlar o a doble enlace trans por hidrosililacin y protodesililacin. As se resuelve el problema de la formacin del doble enlace cis de la Epothilone.

Bibliografa

Review reciente: Olefin Metathesis: Big-Deal Reaction [Chem. & Eng. News 2002, Dec 23, 29-33].

Ms detalladamente: Olefin Metathesis and Metathesis Polymerization by J.K. Mol (Hardback / Published 1997 / 496 pages)

Reaccin de DtzInformacin GeneralLos ligandos carbeno poseen un doble enlace metla-carbono y estn estructuralmente relacionados con los complejos alquilideno. Los ligandos carbeno (B) tienen un heterotomo a diferencia de los alquilidenos (A) que normalmente presentan un ligando carbonado en el carbono .

Estos ligandos carbeno normalmente se denominan carbenos de Fischer en honor a E.O. Fischer, que describi el primer ejemplo en 1964 y gan el premio nobel con Wilkinson por su trabajo pionero en el ferroceno. Los carbenos de Fischer son tpicamente ricos en electrons, contienen metales en bajo estado de oxidacin (mid to late transition metals) y contienen ligandos de tipo -aceptor. La presencia de heterotomos en el carbono nos permite dibujar una estructura resonante que no es posible con los ligandos alquilidenos carbonados (tipo Schrock) containing pi-acceptor ligands.

Si miramos la estructura desde una perspectiva orbitlica veremos que uno de los pares electrnicos libres se dona desde el carbeno singlete a un orbital d vaco del metal (rojo), mientras que un par de electrones del metal se retrodona a un orbital pz vacante del carbono (azul). Hay una competencia por este orbital vaco por los pares libres del heterotomo, que produce una segunda estructura resonante. El resultado final se asemeja a la estructura del monoxido de carbono. Por ello, los ligandos carbeno se consideran neutros, en contra de los ligandos tipo Schrock que se pueden ver como dianinicos (no poseen electrones para la retrodonacin. Recuerda siempre que contar electrones es un formalismo. La estabilizacin de la carga positiva parcial del ligando carbeno tiene consecuencias predecibles que aparecen en las caractersticas de reactividad y espectroscpicas.

Caractersticas estructurales y espectroscpicasSingle crystal x-ray diffraction studies confirm that the second resonance form shown above plays a major role in describing the bonding in metal carbene complexes. The metal double carbon bonds in these complexes tend to be longer than typical M=C double bonds, but shorter than M-C single bonds. Likewise, the carbon-heteroatom bond length is somewhat shorter than a typical M-E bond. For example, in the case below, a "normal" C-N bond is 145 pm:

The stronger the pi-donor on the carbene carbon, the lower the M=C bond order and lower the barrier to rotation around the M-C bond. Proton and carbon NMR data are similar to those observed for alkylidene complexes, however, Fischer carbenes do not typically display any unusual JCH values that might indicate an agostic interaction between the carbene proton and the metal. Fischer carbenes often contain carbonyl ligands which can provide very useful NMR and IR data.

SntesisHay varios mtodos sintticos para la preparacin de los ligandos tipo carbeno. Las 4 ms habituales son: 1. A partir de carbonilos metlicos. Es el ms mtodo ms comn:

2. Activacin de un complejo acilo neutral:

3. Transposicin de un ligando coordinado. La tautomera de complejos acetileno terminales conduce mediante transferencia de hidruro al carbono al vinilideno:

Los acetiluros se pueden sintetizar fcilmente desde los acetiluros de Li o SiMe3. Estas especies son muy reactivas hacia electrfilos en el carbono , se pueden protonar o alquilar:

4. A partir de olefinas activadas, especialmente si son ricas en electrons o tensas. Esta metodologa ha sido usada por Grubbs para preparar catalizadores de mettesis de olefinas:

ReactividadLos carbenos de Fischer exhiben una reactividad muy rica y variada que se extiende ms all de los objetivos de este texto. Algunos de las reacciones ms desarrolladas son las siguientes: 1. Sustitucin de Heterotomos. La naturaleza electroflica del tomo de carbono en el carbeno de Fischer implica que el heterotomo se puede sustituir por simple desplazamiento nuclefilo (Casey, C. P.; Shusterman, A. J. J. Mol. Catal. 1980, 8, 1):

2. Mettesis de Olefinas. Algunos carbenos de Fischer son excelentes catalizadores para la reaccin de mettesis. Ms comnmente la reaccin con alquenos da lugar a reaccin de ciclopropanacin.

3. Cyclopropanacin. El intermedio metalaciclobutano que se forma durante la cicloadicin [2 + 2] entre un alqueno y un carbeno se puede descomponer de varias formas. Una retro [2 + 2] da lugar a la mettesis de olefinas. Sin embargo, el metalaciclo puede evolucionar hacia la formacin de un ciclopropano. (Casey et. al. J. Am Chem. Soc. 1976, 98, 608).

Estas reacciones transcurren con buenos rendimientos y son estereoespecficas. Un ejemplo descrito por Helquist et al. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 1869:

La sustitucin de un ligando fosfina por un CO en la anterior reaccin conduce a buenos excesos enantiomricos. Este mtodo representa una alternativa segura para la qumica de ciclopropanacin con diazoalcanos, que son altamente explosivos. 4. La reaccin de Dtz. Consiste en la conversin de un carbeno sustituido con un fenilo, un alquino y monxido de carbono en naftoles sustituidos en una sola etapa sinttica.

El metal se puede desenganchar fcilmente del naftol tras la reaccin. La qumica de tipo Dtz est ampliamente desarrollada y ha sido aplicada a la preparacin de la Vitamina E y de varios antibiticos. Algunos estudios sugieren que la reaccin se puede inhibir por exceso de fosfina o de CO, de donde se infiere que el primer paso de la reaccin es la descoordinacin del ligando CO. Posterior coordinacin con el alquino, formacin del metalaciclobuteno,

insercin del CO en el anillo, transposicin del complejo , cierre del anillo y transferencia de protn seran los siguientes pasos hacia el producto final:

Proceso Monsanto del Acido ActicoIntroduccinEl proceso Monsanto es el mayor proceso comercial para la preparacin del cido actico. A grandes rasgos consiste en la reaccin entre metanol (generado a partir de gas de sntesis) y CO en presencia de un catalizador metlico. La reaccin consiste en la insercin del CO en el enlace C-O del methanol, es decir, se trata de una carbonilacin del metanol.

Este proceso ha desplazado completamente a otro anterior llamado proceso Wacker. Ms de 1.000.000 de toneladas de cido actico se producen anualmente por este mtodo. La reaccin es muy selective y extremadamente rpida. Ver: Adv. Organomet. Chem. 1979, 17, 255.

El catalizadorEl catalizador tiene dos components, ioduro y rodio. Casi cualquier fuente de rodio y ioduro pueden funcionar y convertirse en el catalizador real del sistema, que es [Rh(CO)2I2]-. El papel del ioduro es simplemente el de promover la conversin del methanol en ioduro de metilo, que es la especie que reacciona con el complejo metlico de Rh:

Ciclo catalticoUna vez generado el MeI, se da una adicin oxidante con [Rh(CO)2I2]-. Despus, la coordinacin e insercin de CO lleva a un intermedio acilo de 18 electrones donde se produce una eliminacin reductora para dar idouro de acetilo con regeneracin del catalizador:

Hay dos ciclos catalticos actuando conjuntamente segn este esquema. En el azul acta el metal y en el rojo el ioduro. El ioduro de acetilo producido en el esquema azul es hidrolizado en el rojo para dar cido actico y HI que vuelve a entrar en el ciclo convirtiendo ms metanol en ioduro de metilo y cerrando el ciclo:

Por tanto, la reaccin es cataltica en ambos Rh y I-.

LimitacionesEl proceso es impresionantemente eficaz, pero tiene dos pegas: 1. El Rodio es muy caro. 1 mol de of RhCl3.3H2O cuesta ~ $30,000! 2. I2 es barato ($20 por mol), pero es extremadamente corrosive, y no hay una alternative clara para reemplazarlo.

Reacciones de acoplamiento catalizadas por PdExisten diversas reacciones de acoplamiento para la formacin de enlaces C-C de fragmentos sp2 catalizadas por Pd. Todas siguen un mismo esquema general y comparten a grandes rasgos un mecanismo similar. La diferencia entre las diferentes reacciones radica en el metal que va unido al fragmento nuclefilo. El esquema general de la reaccin es el siguiente:

Dependiendo del metal las reacciones se denominan: Stille (Sn), Suzuki (B), Sonogashira (Cu-alquinos), Kumada-Corriu (Mg) y Negishi (Zn)

Reaccin de Stille Es el acoplamiento entre un haluro de carbono sp2 y un organoestannano. La reaccin es cataltica en Pd puesto que el mecanismo supone un ciclo cataltico donde se alternan adicin oxidante, transmetalacin y eliminacin reductora con recuperacin del catalizador de partida.

Especialmente til es la variante en la que en el intermedio de Pd(II) se da una insercin de CO, dando como resultado cetonas insaturadas.

Reaccin de Suzuki Es el acoplamiento entre un haluro de carbono sp2 y un organoborano. El mecanismo es similar al de la reaccin de Stille:

El mecanismo de la transmetalacin no est todava suficientemente aclarado, aunque se han propuesto intermedios de Boro tipo ate como los siguientes:

Reaccin de Sonogashira Acoplamiento entre un haluro de C sp2 y un alquino catalizada por Pd(0) y en presencia de sales de Cu.

El mecanismo responde al siguiente ciclo catltico:R R' PdL2 R X

L2Pd

R

L2Pd R' CuX Cu

R X R'

Et3NH + Et3N +

C

R'

Et3NH X R'

H

Reaccin de Heck Aunque no se trata de una reaccin de acoplamiento propiamente dicha, est relacionada mecansticamente con las anteriores. Se trata de la insercin de un haluro de fragmento carbonado sp2 en un doble enlace activado. El esquema general responde a:

El Pd se usa nuevamente en cantidades catalticas y el mecanismo responde nuevamente a un ciclo cataltico con adicin oxidante, insercin de la olefina, y -eliminacin para recuperar el Pd(0) de partida:

Es til en reacciones de macrociclacin: