Quantitative Research

en agua (Esquema 4.3). H2C NO2 Z + OH- H C NO2 Z H HO _{HC NO2} Z + H2O δ- −1 + δ+ k1 k-1

Esquema 4.3: Reacción de transferencia de protón en fenilnitrometanos sustituidos con OH-

en agua.

Variando los sustituyentes en el anillo aromático es posible determinar los coeficientes de Brønsted para la reacción tanto en el sentido directo (αCH_{) como de la}

reacción reversa (βC_{). Los valores que se obtuvieron para esta reacción son α}CH _{= 1,54;}

βC _{= -0,54.}7

La explicación más ampliamente aceptada para estos valores inusuales de α y β es nuevamente en términos de un estado de transición desbalanceado. Las diferencias en estructura electrónica del estado de transición y del producto de la reacción dan cuenta del valor inusualmente alto de αCH_{. Si bien en el anión hay una carga completa}

desarrollada, está localizada en los oxígenos del grupo nitro, relativamente lejos de los sustituyentes en el anillo aromático. Por otra parte, en el estado de transición, la incipiente carga negativa que se desarrolla está localizada principalmente sobre el átomo de carbono, más cercana a los sustituyentes arílicos. Es por ello que la constante de velocidad para la deprotonación del sustrato es más sensible al cambio de sustituyente que la constante de equilibrio de la reacción y esto causa que el valor de

αCH _{sea más grande que el límite “normal”.}

En casos como este, en que los coeficientes de Brønsted son anómalos, el desbalance se evidencia simplemente examinando estos parámetros. Sin embargo, en muchas reacciones de transferencia de protón en las que el estado de transición está

Tesis Doctoral Martin E. Zoloff Michoff

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desbalanceado, se encuentran valores de αCH _{dentro del intervalo usual de 0 a 1. En}

tales casos, el desbalance se evidencia cuando se determina el valor de βB_{; esto es el}

parámetro que se obtiene de variar sistemáticamente la base para un ácido de carbono particular. La base que se elige no debe sufrir una reorganización importante cuando se protona. En este caso, βB _{puede tomarse como una medida aproximada del grado de}

transferencia de protón, o mejor aún, como el grado de transferencia de carga de la base al ácido de carbono en el estado de transición. Si la base conjugada del ácido de carbono no estuviera estabilizada por resonancia, αCH _{también debería ser una medida}

de la misma transferencia de carga, por lo que se tendría que cumplir la igualdad αCH ₌

βB_{. Pero cuando la carga se estabiliza por resonancia y hay desbalance, entonces el}

valor de αCH _{está distorsionado y no es una medida de la transferencia de carga en el}

estado de transición. Así pues, en estas situaciones αCH _{y β}B _{tienen valores numéricos}

distintos, y la diferencia αCH _{– β}B _{es una medida del desbalance del estado de transición}

de la reacción.

4.1.3

La primera evidencia de que los complejos carbenos de Fischer del tipo 4.3 son ácidos fue un aporte de Kreiter,9 quien observó que los protones α al carbono carbénico son intercambiables por deuterio cuando son colocados en una solución de metanol deuterado con cantidades catalíticas de metóxido de sodio. Este intercambio ocurre de manera muy rápida, tal que no puede ser monitoreado espectroscópicamente por 1_H-

RMN. Además, el mismo no tiene lugar en ausencia de metóxido de sodio, o en presencia de pequeñas cantidades de ácido sulfúrico deuterado. El autor supone que este intercambio es posible debido a la formación del correspondiente anión.

(CO)5M C XR CHR'R'' 4.3

CAPITULO 4 ACIDEZ CINÉTICA Y TERMODINÁMICA DE COMPLEJOS TIOCARBENO… 139

Posteriormente, se pudieron aislar sales estables de estos aniones, las cuales se caracterizaron espectroscópicamente.10,11 Los espectros de IR y 1H-RMN indican que la mejor descripción estructural de estos aniones es la de un vinilpentacarbonilcromo, tal como se ilustra en 4.4. La excepcional estabilidad de estos aniones se explica por una donación de la carga negativa al orbital pz vacante del carbono carbénico. La misma

está, a su vez, deslocalizada en el resto metal pentacarbonilo.

(CO)5M C

OCH3

CH2 4.4

La posibilidad de formar estos aniones ha inspirado numerosos trabajos en los cuales se han podido obtener complejos carbeno de Fischer con una mayor elaboración estructural a partir de compuestos relativamente simples. Los aniones de estos complejos carbeno de Fischer reaccionan con diversos reactivos alquilantes como fluorosulfonato de metilo, aldehídos, cloruros de ácido, epóxidos, α-bromoésteres, para dar complejos carbeno que no pueden ser obtenidos a partir de las vías sintéticas tradicionales por problemas de compatibilidad de grupos funcionales ya que éstas involucran reactivos organolíticos.12-14 Esto constituye una herramienta muy poderosa para la síntesis orgánica, ya que los complejos carbeno de Fischer son considerados precursores sintéticos de compuestos carbonílicos. Un ejemplo claro e interesante es la obtención de α-metilen-γ-butirolactonas, una unidad estructural clave en muchos compuestos de alta actividad fisiológica.15 Como se ilustra en el Esquema 4.4, la reacción involucra la transformación del complejo carbeno 4.6 en el complejo cíclico (2- oxaciclopentilideno)pentacarbonilcromo(0), 4.7, por reacción del anión de 4.6 con óxido de etileno. En un paso posterior, el anión del complejo carbeno 4.7 reacciona con un agente alquilante, que por eliminación de metanol genera el precursor de la lactona buscada. Este complejo carbeno se transforma fácilmente en el producto deseado por desacomplejamiento del resto metálico.

Tesis Doctoral Martin E. Zoloff Michoff 140 (CO)5Cr C OCH3 CH3 (CO)5Cr C O 1) nBuLi, -78 ºC 2) O 1) nBuLi, -78 ºC 2) ClCH2OCH3 LiI, 0 ºC (CO)5Cr C O OCH3 4.6 4.7 (CO)5Cr C O OCH3 éter Al2O3 _(CO) 5Cr C O _CeIV O C O

Esquema 4.4: Síntesis de α-metilen-γ-butirolactonas a partir de complejos carbeno de

Fischer.

Los aniones de los complejos carbeno de Fischer dan adiciones de Michael con cetonas α,β-insaturadas.16 Incluso se ha conseguido una alta inducción asimétrica utilizando un inductor quiral unido al complejo carbeno, que luego puede ser eliminado fácilmente.17 _{Este tipo de reacciones constituyen una de las metodologías más}

poderosas para la generación de nuevos enlaces C – C.

Una de las potencialidades de estas reacciones es que se pueden variar las propiedades electrónicas de los complejos, y de esta manera controlar su reactividad. Esto es posible, ya sea, intercambiando alguno de los ligandos unidos al metal, o bien variando el heteroátomo que está unido al carbono carbénico. Por ejemplo, los aniones de los alcoxicarbenos de Fischer no reaccionan con cetonas, mientras que si se utiliza un complejo carbeno con nitrógeno (o aminocarbeno), se obtienen de buenos a excelentes rendimientos de los productos de adición del anión correspondiente a cetonas.18 Esto se atribuye a la desestabización del anión debido a la mayor capacidad

π-donora del nitrógeno, el cual compite más efectivamente que el oxígeno por el orbital vacío pz del carbono carbénico. Esto hace que una menor proporción de la carga

negativa que se genera originalmente sobre el carbono α pueda deslocalizarse sobre el resto metálico, haciéndolo más reactivo.

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