Els compostos d'organozinc (o compostos orgànics del zinc) són compostos químics que contenen un enllaç químic entre carboni (C) i zinc (Zn) (enllaç C-Zn).
La química de l'orgazinc és la ciència corresponent que explora les propietats, l'estructura i la reactivitat d'aquests compostos.
Els compostos organozinc es van trobar entre els primers compostos organometàl·lics fabricats. Són menys reactius que molts altres reactius organometàl·lics anàlegs, com ara els reactius de Grignard i organoliti.
El 1848, Edward Frankland va preparar el primer compost organozinc, el dietilzinc, escalfant iodur d'etil en presència de zinc metàl·lic. Aquesta reacció va produir un líquid incolor volàtil que es va cremar espontàniament en contacte amb l'aire. A causa de la seva naturalesa pirofòrica, els compostos organozinc es preparen generalment mitjançant tècniques sense aire.
Són inestables cap als dissolvents pròtics. Per a molts propòsits es preparen in situ, no aïllades, però moltes s'han aïllat com a substàncies pures i s'han caracteritzat a fons.
Els organozincs es poden classificar segons el nombre de substituents de carboni que estan units al metall: Diorganozinc (R2Zn): una classe de compostos organozinc en què dos lligands alquil. Aquests es poden dividir en subclasses en funció dels altres lligands units Heterolèptic (RZnX): Compostos als quals un lligand electronegatiu o monoaniònic (X), com un halur, està unit al centre de zinc amb un altre substituent alquil o aril (R). Compostos organozincs iònics: aquesta classe es divideix en organozincats (RnZn−) i cations organozincs (RZnLn+).
Enllaç En els seus complexos de coordinació, el zinc(II) adopta diverses geometries de coordinació, comunament octaèdriques, tetraèdriques i diverses geometries de pentacoordenades. Aquesta flexibilitat estructural es pot atribuir a la configuració electrònica del zinc [Ar]3d104s2. L'orbital 3d està ple i, per tant, els efectes de camp de lligands són inexistents. Per tant, la geometria de coordinació està determinada en gran manera per interaccions electroestàtiques i estèriques. Els compostos d'organozinc solen ser de dues o tres coordenades, cosa que reflecteix la propietat fortament donadora dels lligands carbaniònics.
Els complexos típics de diorganozinc tenen la fórmula R2Zn. Els compostos de dialquilzinc són monomèrics amb una coordinació lineal a l'àtom de zinc. Existeix un enllaç covalent polar entre el carboni i el zinc, polaritzat cap al carboni a causa de les diferències en els valors d'electronegativitat (carboni: 2,5 i zinc: 1,65). El moment dipolar dels reactius simètrics de diorganozinc es pot veure com a zero en aquests complexos lineals, la qual cosa explica la seva solubilitat en dissolvents no polars com el ciclohexà. A diferència d'altres alquils metàl·lics binaris, les espècies de diorganozinc mostren una baixa afinitat per la complexació amb dissolvent eteri. L'enllaç a R2Zn es descriu com l'ús d'orbitals hibridats amb sp sobre Zn.
Aquestes estructures fan que el zinc tingui dos orbitals d d'enllaç i tres orbitals d no enllaçats de baix nivell (vegeu orbital no enllaçant), que estan disponibles per a la unió. Quan el zinc no té lligands donadors d'electrons, és incapaç d'obtenir la saturació de coordinació, que és conseqüència del gran radi atòmic i de la baixa deficiència d'electrons del zinc. Per tant, és rar que es produeixi un pont de grups alquil o aril a causa de la dèbil deficiència d'electrons de l'àtom de zinc. Tot i que, es produeix en alguns casos, com ara Ph2Zn (que es mostra a continuació) i quins halògens són els organozinc que poden formar grups metàl·lics. Quan s'afegeix un lligand halogen a l'àtom de zinc, el caràcter acceptor i donant del zinc es millora, permetent l'agregació.
Síntesi Existeixen diversos mètodes per a la generació de compostos d'organozinc. Els compostos de diorganozinc disponibles comercialment són el dimetilzinc, el dietilzinc i el difenilzinc. Aquests reactius són cars i difícils d'usar. En un estudi,En aquesta reacció d'un sol pot, el bromobenzè es converteix en fenil·liti mitjançant la reacció amb quatre equivalents de n-butil·liti, després la transmetal·lació amb clorur de zinc forma difenilzinc que continua reaccionant en una reacció asimètrica primer amb el lligand MIB i després amb 2-naftilaldehid a l'alcohol. En aquesta reacció, la formació de difenilzinc va acompanyada de la de clorur de liti, que sense control, catalitza la reacció sense implicació de MIB a l'alcohol racèmic. La sal s'elimina eficaçment per quelació amb tetraetilè diamina (TEEDA) donant lloc a un excés enantiomèric del 92%. el compost organozinc actiu s'obté a partir de precursors d'organobrom molt més barats:
A partir del zinc metàl·lic La síntesi original de Frankland del dietilzinc implica la reacció del iodur d'etil amb el zinc metàl·lic. El zinc s'ha d'activar per facilitar aquesta reacció redox. Una d'aquestes formes activades de zinc utilitzades per Frankland és la parella zinc-coure.
2 EtI + 2 Zn0 → + (Equació 2.2)
El zinc de Riecke, produït per reducció in situ de ZnCl2 amb potassi, és una altra forma activada de zinc. Aquesta forma ha demostrat ser útil per a reaccions com l'acoblament de Negishi i l'acoblament de Fukuyama. Es facilita la formació de reactius d'organozinc per als halogenurs d'alquil o aríl que porten substituents extrets d'electrons, per exemple, nitrils i èsters.
(equació 2.3)
Intercanvi de grups funcionals Les dues reaccions d'interconversió de grups funcionals de zinc més habituals són amb halogenurs i bor, que és catalitzat per iodur de coure (CuI) o base. L'intermedi de bor es sintetitza mitjançant una reacció inicial d'hidroboració seguida d'un tractament amb dietilzinc. Aquesta síntesi mostra la utilitat dels reactius d'organozinc mostrant una alta selectivitat pel lloc més reactiu de la molècula, així com creant parelles d'acoblament útils.
Aquesta reacció de transferència de grup es pot utilitzar en l'alil·lació o en altres reaccions d'acoblament (com l'acoblament de Negishi).
Compostos de β-silil diorganozinc Un dels principals inconvenients de les alquilacions de diorganozinc és que només es transfereix un dels dos substituents alquils. Aquest problema es pot resoldre utilitzant Me3SiCH2- (TMSM), que és un grup intransferible.
(Equació 2.7)
Transmetal·lació La transmetal·lació és similar a les interconversions que es mostren a dalt que el zinc pot intercanviar amb altres metalls com el mercuri, el liti, el coure, etc. Un exemple d'aquesta reacció és la reacció del difenilmercuri amb el zinc metàl·lic per formar difenilzinc i mercuri metàl·lic: HgPh2 + Zn → ZnPh2 + Hg (Equació 2.8)
El benefici de la transmetal·lació al zinc és sovint més tolerant amb altres grups funcionals de la molècula a causa de la baixa reactivitat que augmenta la selectivitat. En la síntesi de Maoecrystal V, una metal·lació orto-dirigida dona l'espècie inicial d'aril·liti, que es transmetal·litza al compost d'arilzinc desitjat. El compost arilzinc és significativament menys reactiu que l'espècie aril·liti i, per tant, tolera millor la funcionalitat en l'acoblament posterior amb clorooxaloacetat de metil. Els èsters són significativament estables davant els reactius organozinc.
L'organozinc es pot obtenir directament del zinc metàl·lic:En aquest exemple, el iodur d'arilzinc continua reaccionant amb el bromur d'alil en un desplaçament nucleòfil
En aquest mètode, el zinc s'activa amb 1,2-dibromoetà i clorur de trimetilsilil. Un ingredient clau és el clorur de liti que forma ràpidament un adducte soluble amb el compost organozinc, eliminant-lo de la superfície metàl·lica.
Reaccions En moltes de les seves reaccions els organozincs apareixen com a intermedis.
Reacció de Franland-Duppa A la reacció de Frankland-Duppa (1863) un èster d'oxalat (ROCOCOOR) reacciona amb un halogenur d'alquil R'X, zinc i àcid clorhídric als èsters α-hidroxicarboxílics RR'COHCOOR.
Reacció de Reformatsky Aquesta reacció orgànica es pot utilitzar per convertir α-haloèster i cetona o aldehid en un β-hidroxièster. Es necessita àcid per protonar l'alcòxid resultant durant el treball. El pas inicial és una addició oxidativa de zinc metàl·lic a l'enllaç carboni-halogen, formant així un enolat carboni-zinc. Aquest enolat de C-Zn es pot reordenar a l'enolat d'oxigen-zinc mitjançant la coordinació. Un cop format, l'altre material de partida que conté carbonil es coordinarà de la manera que es mostra a continuació i donarà el producte després de la protonació. Els beneficis de la reacció de Reformatsky respecte als protocols de reaccions aldòliques convencionals són els següents: Permet substrats de cetona excessivament derivatitzats L'intermedi èster enolat es pot formar en presència de fragments enolitzables Molt adequat per a reaccions intramoleculars A continuació es mostra l'estat de transició de sis membres del model Zimmerman-Traxler (Control de quelació, vegeu reacció aldòlica), en què R3 és més petit que R4.
La reacció de Reformatsky s'ha emprat en nombroses síntesis totals com la síntesi de C(16),C(18)-bis-epi-citocalasina D:
La reacció de Reformatsky succeeix fins i tot amb homoenolats de zinc. Una modificació de la reacció de Reformatsky és la reacció de Blaise.
Reacció de Simmons-Smith El reactiu de Simmons-Smith s'utilitza per preparar ciclopropans a partir d'olefina utilitzant iodur de metilè com a font de metilè. La reacció s'efectua amb zinc. El zinc-intermedi clau format és un iodur de zinc carbenoide (iodometil) que reacciona amb alquens per produir el producte ciclopropanat. La velocitat de formació de les espècies actives de zinc augmenta mitjançant ultrasons, ja que la reacció inicial es produeix a la superfície del metall.
(Equació 3.4)
Tot i que el mecanisme no s'ha elaborat completament, es planteja la hipòtesi que l'intermedi organozinc és un metall-carbenoide. Es creu que l'intermedi és un «tipus papallona» de tres centres. Aquest intermedi pot ser dirigit per substituents, com ara alcohols, per lliurar el ciclopropà al mateix costat de la molècula. La parella zinc-coure s'utilitza habitualment per activar el zinc.
Metilenació titani-zinc Els compostos d'organozinc derivats del bromur de metil o diiodometà es poden afegir electròfilament als grups carbonil per formar alquens terminals.
La reacció està relacionada mecànicament amb la reacció de Tebbe i pot ser catalitzada per diversos àcids de Lewis (per exemple, TiCl4 o Al2Me6).
La reacció s'utilitza per introduir deuteri en molècules per al marcatge isotòpic o com a alternativa a la reacció de Wittig.
Acoblament de Negishi Aquest potent enllaç carboni-carboni que formen reaccions d'acoblament creuat combina un halogenur orgànic i un reactiu d'halogenur d'organozinc en presència d'un catalitzador de níquel o pal·ladi. El reactiu d'halogenur orgànic pot ser alquenil, aril, alil o propargil. També s'ha informat de l'acoblament d'alquilzinc amb halogenurs d'alquil com bromurs i clorurs amb catalitzadors actius com els precatalitzadors de Pd-PEPPSI, que resisteixen fortament l'eliminació del beta-hidrur (un fet comú amb els substituents d'alquil).
Es poden utilitzar espècies diorgàniques o halogenurs d'organozinc com a parelles d'acoblament durant l'etapa de transmetal·lació en aquesta reacció. Malgrat la baixa reactivitat dels reactius organozinc sobre els electròfils orgànics, aquests reactius es troben entre els nucleòfils metàl·lics més potents cap al pal·ladi.
Les espècies d'alquilzinc requereixen la presència d'almenys una quantitat estequiomètrica d'ions halogenur en solució per formar una espècie de «zincat» de la forma RZnX32−, abans que pugui passar per transmetal·lització al centre de pal·ladi.