Reactivo de Grignard

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Los Reactivos de Grignard son compuestos organometálicos de fórmula general R-Mg-X, donde R es un resto orgánico (alquílico o arílico) y X un halógeno. Sin duda, los reactivos de Grignard son unos de los más importantes y versátiles en química orgánica debido a su rápida reacción con electrófilos, como por ejemplo el grupo carbonilo. Son importantes para la formación de enlaces de carbono-carbono, carbono-fósforo, carbono-estaño, carbono-silicio, carbono-boro y otros enlaces carbono-heteroátomo.[1] [2] Por el descubrimiento de estos reactivos y sus reacciones, Victor Grignard recibió el premio Nobel de Química en 1912.

La reacción de Grignard generalizada:

Grignard Reaktion Übersicht2.svg

donde R1 = grupo orgánico alquilo o arilo;

Síntesis[editar]

Los reactivos de Grignard se sintetizan a partir de un halogenuro de alquilo o arilo al reaccionar con magnesio en presencia de un éter anhidro (seco):

RBr + Mg → RMgBr

Por ejemplo:

CH3CH2Br + Mg → CH3CH2MgBr (bromuro de etilmagnesio)

Método experimental general:

Para que esta reacción tenga éxito tanto los reactivos como el material utilizado deben estar completamente secos y trabajar en atmósfera inerte. Sobre un matraz se coloca magnesio en forma de virutas o limaduras y se cubre con unos pocos mililitros del disolvente (dietil éter o tetrahidrofurano, generalmente;otra alternativa es el 2-Metiltetrahidrofurano más benigno con el medio ambiente ). Se añade una pequeña cantidad de activante (usualmente dibromoetano o yodo) y una vez activada la superficie del magnesio, mediante la aplicación de calor, se comienza a adicionar la disolución del compuesto halogenado correspondiente previamente disuelto. Suele ser necesario calentar hasta que la reacción finaliza. Por último sólo es necesario filtrar la disolución (siempre bajo atmósfera inerte).

Para que tenga cierta estabilidad el reactivo de Grignard debe encontrarse solvatado.

Mecanismo[editar]

Mecánicamente la reacción de Grignard es una adición nucleófila en la que se añade el átomo de carbono polarizado negativamente (carbanión) del reactivo de Grignard al átomo de carbono de un grupo carbonilo. Por lo tanto, se forma un nuevo enlace carbono-carbono. Se cree que en el estado de transición de la reacción están involucradas dos moléculas del compuesto de Grignard, resultando un estado de transición de seis miembros cíclico. [3] El átomo de oxígeno del carbonilo del metal toma la forma de un alcóxido de metal. En el siguiente paso este átomo de oxígeno se protona por un ácido acuoso diluido y después se hidroliza por el ataque nucleófilo de una molécula de agua. Por desprotonación se produce el alcohol correspondiente.[4]

Grignard Reaktion Mechanismus2.svg

Reactividad general[editar]

Reacciones con compuestos carbonílicos[editar]

Los reactivos de Grignard reaccionan con una amplia variedad de compuestos carbonílicos. Aquí se muestra un esquema:

Reactions of Grignard reagents with carbonyls

La aplicación más común de este tipo de reacción usada en la industria consiste en alquilar aldehídos o cetonas, como en el ejemplo:[5]

Reaction of CH3C(=O)CH(OCH3)2 with H2C=CHMgBr

Tenga en cuenta que el grupo funcional acetal (un carbonilo protegido) no reacciona con el organomagnesiano.

Tales reacciones por lo general implican un tratamiento ácido acuoso, aunque esto rara vez se muestra en los esquemas de reacción. En los casos en que el reactivo de Grignard es la adición de un aldehído o cetona proquiral (por inducción asimétrica), el modelo Felkin-Anh o la regla de Cram pueden predecir qué estereoisómero se formará generalmente. Con facilidad, las 1,3-dicetonas y otros sustratos relacionados, los reactivos de Grignard RMgX reaccionan simplemente como una base, dando el anión enolato y liberando el alcano RH.

Reacción con otros electrófilos[editar]

Los reactivos de Grignard reaccionan con diversos electrófilos, actuando tanto como un nucleófilo para muchos casos y como una base para sustratos próticos:

Reactions of Grignard reagents with various electrophiles

Formación de enlaces con B, P, Si, Sn[editar]

Igual que los compuestos de organolitio, los reactivos de Grignard son útiles para la formación de enlaces carbono-heteroátomo:

Reactions of Grignard reagents with non carbon electrophiles

Reacción con halogenuros de metales de transición[editar]

Los reactivos de Grignard reaccionan con muchos electrófilos metálicos. Por ejemplo, se produce la transmetalación al hacerlos reaccionar con cloruro de cadmio (CdCl2) para dar compuestos organometálicos de dialquilcadmio:[6]

\mathrm{2\ RMgX\ +\ CdCl_2\ \xrightarrow \ R_2Cd\ +\ 2\ MgXCl}

Los compuestos organometálicos de dialquilcadmio se utilizan sobre todo en la preparación de cetonas a partir de haluros de ácido:

\mathrm{2\ R'COCl\ +\ R_2Cd\ \xrightarrow \ CdCl_2\ +\ 2\ R'COR}

Reacciones de acoplamiento C-C[editar]

Un reactivo de Grignard también puede participar en una reacción de acoplamiento. Por ejemplo, el bromuro de nonilmagnesio reacciona con metil p-clorobenzoato para dar ácido p-nonilbenzoico, en presencia de tris(acetilacetonato) de hierro (III) (Fe(acac)3), después del tratamiento con NaOH para hidrolizar el éster, que se muestra de la siguiente manera.[7] Sin el Fe(acac)3, el reactivo de Grignard atacaría al grupo éster.

4-nonylbenzoicacid synthesis using a grignard reagent

Para el acoplamiento de haluros de arilo con reactivos de Grignard de arilo, el cloruro de níquel en tetrahidrofurano (THF) es un buen catalizador. Adicionalmente, un catalizador eficaz para los acoplamientos de haluros de alquilo es el tetraclorocuprato de dilitio (Li2CuCl4), preparado por mezcla de cloruro de litio (LiCl) y cloruro de cobre (II) (CuCl2) en THF. El acoplamiento de Kumada-Corriu da acceso a estirenos (sustituidos):

Kumada General Mechanism.png

Sustitución nucleófila alifática[editar]

Los reactivos de Grignard son nucleófilos y pueden dar reacciones de sustitución nucleófila con halogenuros de alquilo, por ejemplo en un paso clave en la producción industrial de naproxeno:

Naproxen synthesis

Reacción de Grignard estereoselectiva[editar]

Dado que muchas cetonas y todos los aldehídos son proquirales (excepto el formaldehído), como resultado en una reacción de Grignard a menudo se obtienen pares de enantiómeros o diastereómeros debido al centro estereogénico ya existente. Para extender la reacción de Grignard de forma estereoselectiva, Dieter Seebach usó el reactivo quiral TADDOL, un derivado del ácido tartárico. Aprovechando el equilibrio de Schlenk en la reacción con aldehídos se lograron del 84-96% de exceso enantiomérico.

TADDOL grignard is.svg

Véase también[editar]

Enlaces químicos del carbono con el resto de átomos[editar]

CH He
CLi CBe CB CC CN CO CF Ne
CNa CMg CAl CSi CP CS CCl CAr
CK CCa CSc CTi CV CCr CMn CFe CCo CNi CCu CZn CGa CGe CAs CSe CBr CKr
CRb CSr CY CZr CNb CMo CTc CRu CRh CPd CAg CCd CIn CSn CSb CTe CI CXe
CCs CBa CHf CTa CW CRe COs CIr CPt CAu CHg CTl CPb CBi CPo CAt Rn
Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
La CCe Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm CYb Lu
Ac Th Pa CU Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr


Enlaces químicos con carbono: Importancia relativa
Química orgánica básica. Muchos usos en Química.
Investigación académica,
pero no un amplio uso.
Enlace desconocido /
no evaluado.

Referencias[editar]

  1. «The Synthesis of Ketones from Acid Halides and Organometallic Compounds of Magnesium, Zinc, and Cadmium». Org. React. 8:  pp. 28–58. 1954. 
  2. «Carbanions of Alkali and Alkaline Earth Cations: (ii) Selectivity of Carbonyl Addition Reactions». Comprehensive Organic Synthesis, Volume 1: Additions to C—X π-Bonds, Part 1. Elsevier Science. 1991. pp. 49–75. ISBN 978-0-08-052349-1. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-052349-1.00002-0. 
  3. «Mechanism of the Grignard reaction». Journal of Physical Organic Chemistry 2 (3):  pp. 205-213. 1989. doi:10.1002/poc.610020303. 
  4. K. P. C. Vollhard, N. E. Schore (2005). H. Buntenschön. ed. Organische Chemie. Weinheim: Wiley-VCH. pp. 351. ISBN 978-3-527-31380-8. 
  5. Haugan, Jarle André; Songe, Pål; Rømming, Christian; Rise, Frode; Hartshorn, Michael P.; Merchán, Manuela; Robinson, Ward T.; Roos, Björn O. et ál. (1997), «Total Synthesis of C31-Methyl Ketone Apocarotenoids 2: The First Total Synthesis of (3R)-Triophaxanthin», Acta Chimica Scandinavica 51: 1096–1103, doi:10.3891/acta.chem.scand.51-1096, http://actachemscand.dk/pdf/acta_vol_51_p1096-1103.pdf, consultado el 2009-11-26 
  6. «Unit 12 Aldehydes, Ketones and Carboxylic Acids». Chemistry Part II Textbook for class XII. 2. India: National Council of Educational Research and Training. 2010. pp. 355. ISBN 81-7450-716-7. http://ncertbooks.prashanthellina.com/class_12.Chemistry.ChemistryII/Unit%2012.pdf. 
  7. A. Fürstner, A. Leitner, G. Seidel (2004). "4-Nonylbenzoic Acid". Org. Synth. 81: 33–42.