Par de Lewis frustrado

La reducción de iminas, nitrilos y aziridinas a aminas primarias y secundarias se realiza tradicionalmente mediante reactivos de hidruro metálico, por ejemplo, hidruro de litio y aluminio y cianoborohidruro de sodio. Las hidrogenaciones de estos sustratos insaturados pueden efectuarse mediante reacciones catalizadas por metal. La hidrogenación catalítica libre de metales se llevó a cabo utilizando el catalizador de borato de fosfonio (R₂PH) (C₆F₄)BH(C₆F₅)₂ (R = 2,4,6-Me₃C₆H₂) 1 . Este tipo de hidrogenación sin metal tiene el potencial de reemplazar el catalizador metálico de alto costo.

Se propone que el mecanismo de reducción de imina involucre la protonación en nitrógeno que da la sal de iminio. La basicidad del centro de nitrógeno determina la velocidad de reacción. Más iminas ricas en electrones reducen a velocidades más rápidas que las iminas pobres en electrones. El centro de iminio resultante sufre un ataque nucleofílico por el anión borohidruro para formar la amina. Las aminas pequeñas se unen al borano, apagando las reacciones adicionales. Este problema se puede superar utilizando varios métodos: 1) Aplicación de temperaturas elevadas 2) Utilizando sustituyentes de imina estéricamente voluminosos 3) Protegiendo la imina con el grupo B(C₆F₅)₃, que también sirve como un promotor de ácido de Lewis.^[9]

Boronato quiral ácido de Lewis derivado de (1 R) - (+) alcanfor forman un par Lewis frustrado con ^tBu₃P, que es aislable como una sal. Este FLP cataliza la hidrogenación enantioselectiva de algunas aril iminas en alto rendimiento pero modesto ee (hasta 83%).

Aunque conceptualmente interesante, el protocolo adolece de falta de generalidad. Se encontró que el aumento del volumen estérico de los sustituyentes de imina conduce a una disminución del rendimiento y de la ee del producto de amina. Las iminas sustituidas con metoxi muestran un rendimiento superior y el de ee.^[9]

Un grupo de catalizadores, los pares de Lewis frustrados de alquenilboranos quirales y fosfinas son beneficiosos para las hidrosililaciones asimétricas tipo Piers de los compuestos de 1,2-dicarbonilo y los ésteres alfa-ceto, dando como resultado productos de enantioselectividad de alto rendimiento. Sin embargo, en comparación con la hidrosililación tipo Piers convencional, las hidrosililaciones asimétricas tipo Piers no están tan bien desarrolladas

En el siguiente ejemplo, el alquenilborano quiral se forma in situ a partir del diino quiral y el HB (C₆F₅)₂. La escisión heterolítica del enlace Si-H de PhMe₂SiH por el catalizador FLP, forma un complejo iónico de sililio e hidridoborato.^[10]

La hidrogenación libre de metales de alquinos internos no activados a alquenos cis se logra fácilmente utilizando catalizadores basados en FLP.^[11] La condición para esta reacción eran relativamente suave utilizando 2 bar de H_2. En términos de mecanismo, el material alquino primero se hidroliza y luego el FLP a base de vinilborano resultante puede luego activar dihidrógeno. Un paso protodeborilación libera los cis -alqueno producto, que se obtiene debido al proceso de syn-hidroborilación, y regenerar el catalizador. Aunque son activos para la hidrogenación de alquinos, los catalizadores basados en FLP no facilitan, sin embargo, la hidrogenación de alquenos a alcanos.

La reacción es una syn-hidroboración, y como resultado se observa una alta selectividad cis. En la etapa final del ciclo catalítico, el grupo C₆F₅ se escinde más fácilmente que un grupo alquilo, causando la degradación del catalizador en lugar de la liberación de alcano. El ciclo catalítico tiene tres pasos:

• Unión del sustrato (la hidroboración del alquino)
• H₂ escisión con vinilborano, seguido por protodeborylation intramolecular de sustituyente de vinilo, la recuperación de N, N-dimetil-2 - [(pentafluorofenil) borilo] anilina
• Liberación del alqueno cis.

Con los alquinos internos, se produce una reacción competitiva en la que el protón unido al nitrógeno se puede agregar a los fluorobencenos. Por lo tanto, esta adición no procede mucho, la formación del alqueno parece favorecida.

Pero los alquinos terminales no se unen al boro a través de una inserción de 1,2 como los alquenos, sino a través de una adición oxidativa. Por lo tanto, la adición del protón al alquino dará como resultado el alquino terminal inicial. Por lo tanto, este proceso de hidrogenación no es adecuado para los alquinos terminales y solo dará pentafluorobenceno.

Los FLP de amina-borano catalizan la borylación de heterociclos aromáticos ricos en electrones (Esquema 1).^[12] La reacción es impulsada por la liberación de hidrógeno a través de la activación de CH por el FLP. Las borilaciones aromáticas se utilizan a menudo en el desarrollo farmacéutico, particularmente debido a la abundancia, bajo costo y baja toxicidad de los compuestos de boro en comparación con los metales nobles.

El sustrato para la reacción tiene dos requisitos principales, fuertemente ligados al mecanismo de la borilación. Primero, el sustrato debe ser rico en electrones, ejemplificado por la ausencia de una reacción con tiofeno, mientras que sus derivados más ricos en electrones, metoxitiofeno y 3,4-etilendioxitiofeno, pueden experimentar una reacción con el amino-borano. Además, la sustitución del 1-metilpirrol (que puede reaccionar) con el grupo tertbutiloxicarbonilo (Boc) que retira con gran cantidad de electrones en la posición 2 inhibe completamente la reacción. El segundo requisito es la ausencia de grupos básicos de aminas en el sustrato, que de otro modo formarían un aducto no deseado. Esto se puede ilustrar por la falta de una reacción con el pirrol, mientras que los derivados de 1-metilo y N-bencilpirrol son capaces de reaccionar.

El trabajo adicional realizado por los mismos autores reveló que simplemente la piperidina como grupo de amina R (en oposición a la tetrametilpiperidina, ilustrada arriba) aceleró la velocidad de reacción. A través de estudios de cinética y DFT, los autores propusieron que el paso de activación de CH fue más fácil que con sustituyentes más grandes.^[13]

La desromatización también se puede lograr en condiciones similares, pero utilizando indoles de N-tosilo. Se obtienen indolinas sinhidrobloriladas.^[14]

También se ha observado la borilación de enlaces SH en tioles por un proceso deshidrogenante. Los alcoholes y las aminas como el terc-butanol y la terc-butilamina forman productos estables que evitan la catálisis debido a un fuerte enlace π entre el par solitario del átomo de N/O y el boro, mientras que lo mismo no es cierto para los tioles, lo que permite un catálisis exitoso. Además, se ha logrado una exitosa borilación de los enlaces Se-H. En todos los casos, la formación de gas H₂ es una fuerza impulsora fuerte para las reacciones.^[15]

La química de FLP es conceptualmente relevante para la captura de carbono.^[16] Se utilizaron tanto una FLP intermolecular (Esquema 1) como intramolecular (Esquema 2) que consiste en una fosfina y un borano para capturar y liberar selectivamente el dióxido de carbono. Cuando una solución de la FLP fue cubierto por una atmósfera de CO ₂ a temperatura ambiente, el compuesto FLP-CO ₂ precipitó inmediatamente como un sólido blanco.^[16][17]

El calentamiento de la intermolecular compuesto FLP-CO₂ en bromobenceno a 80 °C bajo vacío durante 5 horas causó la liberación de aproximadamente la mitad de la CO ₂ y la regeneración de los dos componentes constituyentes de la FLP. Después de varias horas más de estar sentado a temperatura ambiente al vacío, se produjo una liberación total de CO₂ y regeneración de FLP.^[16]

El intramolecular compuesto FLP-CO₂ por el contrario era estable como un sólido a temperatura ambiente pero totalmente descompuesto a temperaturas por encima de -20 °C como una solución en diclorometano liberación de CO₂ y la regeneración de la molécula de FLP.^[16]

Este método de captura de carbono FLP se puede adaptar para trabajar en sistemas de química de flujo.^[18]