ALQUILACIÓN DE ENOLATOS

La formación de enlaces carbono-carbono es esencial para la construcción del armazón molecular de las moléculas orgánicas mediante síntesis. Un proceso fundamental para esta formación de enlaces es la reacción entre un carbono nucleofílico y un carbono electrofílico.

Desde un punto de vista mecanístico, estas reacciones suelen ser reacciones SN2, donde el nucleófilo de carbono desplaza un haluro u otro grupo saliente con inversión de la configuración en el grupo alquilante. La eficiente formación de enlaces carbono-carbono requiere que la alquilación SN2 sea la reacción mayoritaria. Debemos considerar los siguientes factores: (a) las condiciones para la generación del nucleófilo de carbono; (b) el efecto de las condiciones de reacción en la estructura y reactividad del nucleófilo; y (c) la regio- y estereoselectividad de la reacción de alquilación. La reacción puede emplearse con diversos compuestos carbonílicos, como cetonas, ésteres y amidas.

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En este capítulo se abordan los aspectos fundamentales de la estructura y estabilidad de los carbaniones, centrándose en aquellos estabilizados por sustituyentes de carbonil y otros grupos retiradores de electrones (EWG, por sus siglas en inglés). Se establece una relación entre las propiedades y reactividad de estos carbaniones y su aplicación como nucleófilos en síntesis. La acidez de los grupos C-H, determinada por el grupo funcional estabilizador, se vincula fundamentalmente con la formación de enolatos, destacando la relación entre control cinético o termodinámico en la formación de enolatos por deprotonación.

El control del equilibrio entre enolato y su ácido conjugado se basa en la elección de la base. La reacción puede llevarse a cabo en condiciones donde el enolato está en equilibrio con su ácido conjugado o donde el reactante se convierte completamente en su base conjugada. La cantidad y fuerza de la base son determinantes clave. Los procedimientos actuales para la alquilación de enolatos suelen implicar una conversión completa a la base conjugada, permitiendo un mayor control regioquímico y estereoquímico. El solvente y otros aditivos coordinadores también afectan significativamente la estructura y reactividad de los carbaniones generados por deprotonación.

La tabla siguiente proporciona datos aproximados de pK para diversos grupos funcionales y algunas bases comúnmente utilizadas.

Compuestos con dos grupos estabilizadores de carga.

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La desprotonación de compuestos de carbonilicos es un método importante para la generación de enolatos. Una cetona dialquilada asimétrica puede formar dos enolatos regioisoméricos en la desprotonación y resulta fundamental conocer las condiciones bajo las cuales se obtiene uno de ellos mayoritariamente.

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Aunque puede no ser posible dirigir la desprotonación para formar exclusivamente un enolato en lugar del otro, a menudo se pueden elegir condiciones experimentales que favorezcan uno de los regioisómeros. La composición de una mezcla de enolatos puede estar gobernada por factores cinéticos o termodinámicos. El control cinético se ejerce cuando la composición del producto se determina por las velocidades relativas de las reacciones competitivas de abstracción de protones. Eligiendo adecuadamente las condiciones experimentales, es posible establecer tanto el control cinético como el termodinámico.

Las condiciones para el control cinético de la formación de enolatos son aquellas en las que la desprotonación es rápida, cuantitativa e irreversible.
1. Utilizando una base muy fuerte como LDA o LiHMDS en un solvente aprótico.
2. Ausencia de exceso de cetona.
3. El litio es un mejor contraión que el sodio o el potasio para la generación regioselectiva del enolato cinético, ya que mantiene una coordinación más estrecha al oxígeno y reduce la velocidad de intercambio de protones.

El uso de un solvente aprótico es esencial porque los solventes protónicos permiten la equilibración del enolato mediante protonación-desprotonación reversible, lo que da lugar a la composición del enolato controlado termodinámicamente. El exceso de cetona también cataliza la equilibración mediante el intercambio de protones.

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Existen otros métodos, a parte de la despotonación, para generar enolatos:
1. Excisión de silil enol éteres con alcóxidos, como puede ser el tert-butóxido de potasio.

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Cuando se utiliza KOtBu para la escisión, la alquilación subsiguiente ocurre en la posición más sustituida, independientemente del silil enol éter utilizado. Evidentemente, en estas condiciones, los enolatos de potasio se equilibran y el enolato más altamente sustituido es más reactivo

El efecto del disolvente en la estructura y reactividad de los enolatos es crucial en las reacciones de alquilación de estos iones. La alquilación del enolato de sodio del dietil n-butilmalonato con bromuro de n-butilo exhibe tasas relativas en diferentes solventes, destacando la mayor reactividad en dimetilsulfóxido (DMSO) y formamida dimetil-N,N (DMF), solventes polar-aproticos. Otros solventes aproticos como N-metilpirrolidona (NMP), hexametilfosforamida (HMPA) y N,N'-dimetilpropilenurea (DMPU) también se utilizan como co-solventes en estas reacciones.