14.3.4: Proceso Wacker (Smidt)

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 81690

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Ver también Wacker Oxidación (Wikipedia)

La oxidación de Wacker se refiere generalmente a la transformación de un alqueno terminal o 1,2-disustituido en una cetona a través de la acción de paladio catalítico (II), agua y un co-oxidante. Las variantes de la reacción producen aldehídos, éteres alílicos/vinílicos y aminas alílicas/vinílicas. Debido a la facilidad con que se pueden preparar alquenos terminales y la versatilidad del grupo metil cetona instalado por la reacción, la oxidación de Wacker se ha empleado ampliamente en la síntesis orgánica. ^[1]

Introducción

La conversión estequiométrica de etileno a acetaldehído por una solución ácida y acuosa de PdCl ₂ fue descubierta hace más de un siglo, ^[2] pero pasaron cincuenta años entre el descubrimiento de esta reacción y el desarrollo de un método catalítico. En 1959, investigadores de Wacker Chemie informaron que una transformación similar tiene lugar en una solución acuosa ácida de PdCl ₂ catalítico y una cantidad estequiométrica de CuCl ₂ a través de la cual se burbujea oxígeno (Equ. \(\PageIndex{1}\)). ^[3]

Desde este reporte inicial, el proceso Wacker se ha aplicado ampliamente en la síntesis orgánica y se ha extendido a otras clases de sustratos y productos. Para fomentar la mezcla de los reactivos orgánicos con la fase acuosa, generalmente se emplea un codisolvente junto con agua. La dimetilformamida (DMF) es una opción común; cuando se usa DMF como codisolvente con una cantidad estequiométrica de CuCl bajo presión de globo de oxígeno, la reacción se llama la “oxidación de Tsuji-Wacker”. ^[4] Las aplicaciones de la oxidación de Wacker a la síntesis orgánica generalmente implican la instalación de un resto metil cetona, que posteriormente puede someterse a adición nucleofílica o desprotonación para formar un enolato.

Mecanismo y Estereoquímica

Mecanismo predominante: Nucleófilo de agua

El mecanismo de la oxidación de Wacker ha sido estudiado tanto experimental como teóricamente (Ec. 2). El primer paso de la oxidación de Wacker implica la coordinación del alqueno con el centro de paladio para formar el complejo π 2. La evidencia de esta etapa es proporcionada por la relativa lentitud de los alquenos pobres en electrones, que generalmente requieren mayores cargas de catalizador que los alquenos inactivados. Luego ocurre la hidroxipalladación para producir el complejo zwitteriónico 3 o el complejo neutro 4 dependiendo del modo de hidroxipalladación (ver más adelante). Los estudios que emplean sustratos deuterados sugieren que la eliminación de β-hidruro ocurre entonces para proporcionar el complejo enol 5, que se reinserta en el enlace Pd-H para proporcionar el complejo 6. ^[5] Los estudios computacionales apoyan la participación de la desprotonación asistida por cloruro en el paso posterior, ^[6] que proporciona el producto y paladio (0). Luego se produce la oxidación del paladio (0) por el cobre (II), regenerando las especies de paladio (II) 1. El papel del cobre (II) en el mecanismo es poco conocido en la actualidad.

(2)

El modo de hidroxipalladación es un tema importante para la oxidación de Wacker. La hidroxipalladación puede ocurrir ya sea de manera syn a través de un mecanismo de esfera interna o de manera anti vía ataque nucleofílico al alqueno coordinado (Ec. 3). Aunque el estereocentro en 4 se destruye finalmente tras la eliminación, el modo de hidroxipalladación puede influir en la selectividad del sitio de la reacción. La adición de agua tipo Markovnikov al carbono más sustituido del alqueno forma una metil cetona, mientras que el ataque del agua en la posición menos sustituida finalmente produce un aldehído. Se ha demostrado que el modo de hidroxipalladación afecta la distribución de los productos cetónicos y aldehídos, y también es importante en las reacciones de ciclación estereoselectivas de Wacker.

(3)

A bajas concentraciones de iones cloruro, la sin-hidroxipalladación parece ser la norma. ^[7] El agua se coordina con el metal y se produce la inserción migratoria en el enlace Pd-OH para generar 4 directamente. A altas concentraciones de ion cloruro, el cloruro compite con el hidróxido por la unión al paladio, y por lo tanto puede ocurrir anti-hidroxipaladación. ^[8]

Mecanismo predominante: Nucleófilos de Alcohol

También se pueden emplear alcoholes como nucleófilos en el proceso de Wacker. Los pasos iniciales del mecanismo son similares a los de la oxidación de Wacker con agua, pero los mecanismos divergen en el complejo alcoxi 11 (Ec. 4). La eliminación del paladio ocurre para generar un ion oxocarbenio, el cual puede ser capturado por solvente para generar un acetal. Pequeñas cantidades de productos vinil éter apoyan la intermediación del complejo 10. ^[9]