Reacciones de Aril-Litio con monóxido de carbono

• Autores: Vitale, Arturo Alberto
• Año de publicación: 1981
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Sbarbati Nudelman, Norma Ethel
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En la presente tesis se describe el estudio de la reacción de compuestos aril-litio con monóxido de carbono en estado gaseoso. El objetivo de la reacción es la inserción directa de los elementos de la molécula de monóxido de carbono en la unión C-Li de compuestos aromáticos litiados. Nuestras experiencias preliminares (J.Am.Chem.Soc. 95, 8118 (1973)) parecían indicar que el fenil-litio estaba actuando en forma de dímero, ya que siempre se integraban al menos dos grupos fenilos en los productos finales de reacción. De los datos de literatura resumidos en el capítulo 1 se apreciaba la variabilidad del grado de asociación y el notable efecto de los solventes y "bases donoras" sobre la estructura real del compuesto organolítico. Por esta razón, lo primero que se estudió fue el aspecto de la "agregación" desde los enfoques: métodos de preparación; análisis del efecto del solvente y modificación de la estructura del reactivo. Para tener más información sobre la misma se realizaron cálculos teóricos de la molécula de fenil-litio tanto de la forma monomérica como del dímero, se utilizó para el cálculo el método INDO adecuadamente modificado. Se mantuvieron invariables las uniones del grupo bencénico con excepción de la unión C-Li cuya optimización dio como resultado una longitud de 2,243 Å. De los datos obtenidos se deduce que la estructura del dímero está favorecida con respecto al monómero y se observa que en ambos el átomo de carbono que está unido al litio lleva carga negativa. De los autovectores se advierte una contribución positiva de los orbitales 2 p no ocupados en el átomo de litio. El momento dipolar obtenido para el monómero es de 6,30 D. Estos datos se comparan muy satisfactoriamente con los encontrados en un estudio "ab initio" realizado en el más alto nivel en un trabajo conjunto de las Universidades de Harvard y Texas en 1980 para el metil-litio. Otro aspecto que se analizó detalladamente es el método de preparación del reactivo, por la influencia que este pudiera tener en la estructura real del producto obtenido. Se resume en el capítulo 2 los distintos métodos analizados y en la parte experimental se describe la técnica desarrollada para obtener cada aril-litio en alto grado de pureza y con la estabilidad necesaria para llevar a cabo los estudios propuestos. Con respecto al monóxido de carbono, este no se fabrica en el país y se diseñó un aparato para su generación y medición en condiciones aptas para su uso y seguridad en el laboratorio. Paralelamente a los estudios de métodos de preparación se analizaron los antecedentes bibliográficos de otros compuestos organometálicos relacionados. Como puede apreciarse en el capítulo 3 si bien las mismas, por su importancia, suscitaron interés desde largo tiempo atrás, son todavía poco útiles en síntesis debido a la variedad de productos a los que da origen y a los mecanismos poco claros de su formación. Análogo comentario es naturalmente válido para la reacción de compuestos organolíticos con monóxido de carbono y el objetivo de la presente tesis es contribuir al esclarecimiento dela misma. Nuestros esfuerzos se concentraron en el estudio de aril-litio, especialmente o-anisil y fenil-litio. Como se describe en la primera parte del capítulo 4, la reacción de o-anisil-litio es muy sensible a las condiciones de reacción, pero se logró adecuarlas para obtener solamente dos productos: o,o'-dimetoxi-benzofenona y o,o'-dianisil-carbinol en proporciones comparables. Este resultado puede interpretarse como proveniente de un intermediario único de reacción: la sal de litio del dianión de la o,o'-dimetoxibenzonenona que, hemos comprobado, sufre parcial oxidación en atmósfera de monóxido de carbono durante la hidrólisis, produciendo el dianisil-carbinol y la o,o'-dimetoxi-benzofenona. En la reacción de fenil-litio, descrita en la segunda parte del capítulo 4, se analizaron numerosas variables. La reacción en presencia de haluros de alquilo fue estudiada con detalle por sus implicancias mecanísticas y sintéticas, por lo que se le dedica un capítulo aparte. Sintéticamente, los resultados obtenidos en la reacción de fenil-litio (en THF, a menos que se indique lo contrario) pueden resumirse en los siguientes puntos: 1) La velocidad de reacción es cinco veces mayor que la del o-anisil-litio. 2) Los productos obtenidos son: benzofenona; α,α-difenil-α-hidroxi-acetofenona; benzoína; α,α-difenilacetofenona; α-hidroxi-acetofenona; 1,1,2-trifenil-etilen-glicol y benzhidrol. 3) Los productos principales de la reacción a -78° son los tres primeros. 4) No se produce trifenil-carbinol. 5) El hidruro de litio no modifica la composición de la mezcla de reacción. 6) El benzhidrol aparece en muy baja proporción. 7) Al aumentar la dilución del reactivo, aumenta la proporción de benzoína. 9) Cuanto menos polar es el solvente menor es la formación de benzoína y la de α,α-difenil-α-hidroxi-acetofenona, y aumenta la proporción de α,α-difenil-acetofenona. 10) En ausencia de solvente, al aumentar la temperatura, aumenta la proporción de α,α-difenil-acetofenona, hasta transformarse prácticamente en un único producto de reacción a 110°. 11) No se observa variación en la proporción relativa de los productosa distintos tiempos de reacción. 12) Análogo comentario vale para el calentamiento de la mezcla de reacción en ausencia de monóxido de carbono, una vez concluida la absorción de este. 13) El tratamiento de la mezcla de reacción con anhídrido acético produce el diacetato del enol de la benzoína, exclusivamente en la forma cis. 14) El agregado de bases donoras al solvente de reacción retarda cinco veces la velocidad de la misma. 15) La reacción realizada en presencia de bromuro de n-butilo no produce benzofenona. 16) Los únicos productos de reacción en esas condiciones son 1,1-difenil-pentanol y benzoína. 17) El dianión de la benzofenona no produce 1,1-difenil-pentanol en las condiciones de los resultados 15 y 16. 18) Los cloruros de alquilo no tienen influencia apreciable en la reacción. 19) La reacción en presencia de haluros de alquilo secundarios y terciarios tiene menor velocidad que en presencia de los primarios. 20) En esos casos disminuye la proporción del alcohol correspondiente, aumenta la benzoína y se forman éteres diaril-alquilicos. La diversidad de productos obtenidos en la reacción de carbonilación, la extrema sensibilidad de la misma a diversos factores, y los escasos y poco claros datos de la literatura, sugieren la formación de más de un intermediario y posibles reacciones competitivas entre estos con el reactivo. También las reacciones de inserción con catalizadores metálicos policarbonílicos son de química poco clásica. La primera incógnita de la reacción es, en primer lugar, cuál es el primer intermediario que se forma. Los cálculos teóricos, como así también los resultados experimentales de la presente tesis, proponen evidencias de que el fenil-litio, en su estructura carbaniónica es el más reactivo en la reacción en solución. La primera etapa implicaría una coordinación del átomo de litio con el oxígeno carbonílico, dando un estado de transición de cuatro centros, como se indica en el esquema 17. Si bien este no había sido propuesto antes para esta reacción, es conocida la habilidad de los compuestos organolíticos para formar estados de transición de este tipo. Una posterior reorganización del mismo conduciría al primer intermediario de la reacción, el acil-litio, del cual no se ha intentado su aislación, pero se presentan evidencias de su existencia. Uno de los intermediarios siguientes se comprueba por la obtención del diacetato del enol de la benzoína con absoluta estereo especificidad. El otro, formado por la reacción entre el acil-litio y fenil-litio, es la sal de litio del dianión de la benzofenona, único intermediario que ya había sido demostrado con anterioridad. Los efectos de solvente y de temperatura son compatibles con las diferentes velocidades involucradas en el esquema 17. Análogo comentario puede hacerse con respecto a los efectos de los sustituyentes para el caso de los grupos ubicados en la posición "para" al centro de reacción. El o-anisil-litio muestra un comportamiento especial que sugiere un efecto de coordinación de los electrones no apareados del átomo de oxígeno con el átomo de litio deficiente de electrones, tanto en la molécula de reactivo como en el intermediario de reacción. Los resultados de interés sintético de estas experiencias pueden resumirse en que, por ejemplo, la reacción realizada en ausencia de solvente, con fenil-litio en estado cristalino y a 110° permite la obtención en un solo paso de α,α-difenil-acetofenona con un 94% de rendimiento; la reacción realizada en THF, a -78° y tratada posteriormente con anhídrido acético produce el diacetato del enol de la benzoína exclusivamente en su forma cis además de otros productos minoritarios; la reacción realizada en presencia de agentes electrofílicos permite la obtención de derivados de compuestos aril-carbonílicos con muy buenos rendimientos. En particular si la reacción se realiza en presencia de bromuros de alquilo que contienen además cloro en la cadena alquílica, se obtienen diaril-alquil-carbinoles funcionalizados convenientemente, con los que pueden prepararse sustancias de conocida acción anestésica, espasmolítica, analgésica o antiarrítmica, dependiendo del agente con que se lo haga reaccionar posteriormente. También permite la obtención sencilla de tetrahidrofuranos sustituidos; así por ejemplo por simple destilación a 60° del solvente de la mezcla de reacción de fenil-litio en presencia de 1-bro Consulte el resumen completo en el documento.
Fil: Vitale, Arturo Alberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.