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La magia de la selección invertida: ¿Cómo afecta la hidroboración catalizada por metales a la regioselección del producto?
La reacción de hidroboración catalizada por metales en química es una técnica importante en la síntesis orgánica y se considera uno de los muchos ejemplos de catálisis homogénea. El desarrollo de esta tecnología se remonta a 1975, cuando Kono e Ito informaron que el catalizador de Wilkinson (Rh(PPh3)3Cl) podía experimentar adición oxidativa al fenol borano (HBcat), aparentemente inactivo, promoviendo así la reacción de hidroboración.
La hidroboración catalizada por metales hace que la funcionalización de los dobles enlaces carbono-carbono sea más eficiente y selectiva, lo que no es posible con la hidroboración no catalizada.
En 1985, Männig y Nöth demostraron por primera vez que el catalizador de Wilkinson puede de hecho catalizar la hidroboración de olefinas por HBcat, mientras que en ausencia de un catalizador, la reacción de hidroboración conduce a la reducción del grupo de carbono. Con el progreso de las investigaciones posteriores, se descubrió que la hidroboración catalizada por metales de transición tiene características únicas de grupo funcional, regio-, estereo- y selectividad química.
Mecanismo de reacción
Generalmente se cree que las reacciones de hidroboración catalizadas por Rh proceden a través de la disociación del centro Rh(I) del ligando trifenilfosfina. A continuación, el enlace B-H del borato de hidruro sufre una adición oxidativa para formar un complejo hidruro Rh(III) de 16 electrones. La inserción migratoria de la olefina puede entonces proporcionar dos regioisómeros del complejo boruro de alquilo Rh(III).Durante la regeneración del catalizador, la eliminación reductora del éster borato libera el catalizador, un proceso que permite que el ciclo catalítico continúe.
Sin embargo, existen opiniones divergentes en la comunidad académica respecto al mecanismo de coordinación de las olefinas. El mecanismo de disociación apoyado por Männig y Nöth supone que la coordinación de la olefina va acompañada de la pérdida del ligando trifenilfosfina, mientras que el mecanismo combinado propuesto por Burgess et al. supone que la olefina se une al cloro sin perder el ligando. La aplicación de métodos computacionales ha ayudado a los académicos a explorar esta área en profundidad, y los resultados muestran que ambos mecanismos tienen su propia evidencia subyacente que los respalda.
Selectividad
Además de la evidencia temprana proporcionada por Männig y Nöth, la síntesis total de (+)-ptilocaulina también demostró la hidroboración selectiva de olefinas terminales en presencia de cetonas. En términos de regioselectividad, los resultados de la hidroboración catalizada son significativamente diferentes de los de las reacciones no catalizadas, y se pueden obtener productos Markovnikov o anti-Markovnikov dependiendo del ligando y la olefina. La regioselectividad de la reacción catalítica es particularmente destacada para la hidroboración de vinilarenos.
El catalizador de Wilkinson o Rh(COD)2 (en presencia de PPh3) producirá productos de Markovnikov, mientras que en ausencia de un catalizador, se producirán productos anti-Markovnikov.Para explicar la alta regioselectividad de la hidroboración catalítica, Hayashi propuso un mecanismo que involucra complejos η3-fenilRh. Las investigaciones posteriores se han ampliado gradualmente a olefinas con diferentes sustituyentes. El logro más notable se produjo en 1990, cuando Brown y su equipo lograron la hidroboración asimétrica utilizando un catalizador aquiral y un borano quiral derivado de la efedrina. La selectividad es generalmente baja, pero el valor ee puede alcanzar 90%.
Los resultados en esta área se han mejorado aún más con el uso de catalizadores quirales y fuentes de borano aquirales, especialmente utilizando ligandos de bisfosfina quirales como BINAP. Con el avance de múltiples estudios, gradualmente surgieron ejemplos exitosos de anillos de benceno con sustituyentes y sustituyentes más grandes de olefina, lo que permitió extender la hidroboración catalítica a olefinas más impedidas estéricamente.
Esta tecnología no sólo tiene una importancia de largo alcance para la investigación académica, sino que también proporciona nuevas perspectivas para aplicaciones industriales, especialmente la síntesis de pequeñas moléculas con estructuras complejas y actividad biológica.
Durante la hidroboración catalítica, los productos de oxidación de los ésteres de borato a menudo se convierten en alcoholes, lo que limita el alcance de la síntesis, especialmente cuando se requieren grupos amino simétricos y quirales. Mediante la transformación de compuestos de borato de hidruro de cobalto, se pueden sintetizar feniletilaminas α-sustituidas, algunas de las cuales son compuestos comercialmente valiosos. Esta tecnología aún se está desarrollando y aplicando de nuevas maneras.
En combinación con los resultados de investigación anteriores, ¿cómo podrán las investigaciones futuras superar las limitaciones sintéticas existentes y promover un mayor desarrollo de la tecnología de hidroboración catalizada por metales?
