Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio


Las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio son una piedra angular en el campo de la síntesis orgánica y constituyen un método poderoso para crear enlaces carbono-carbono y carbono-heteroelemento. Este tema es de vital importancia debido a su utilidad en la creación de moléculas complejas, incluidas las farmacéuticas, productos naturales y materiales avanzados.

Introducción a las reacciones de acoplamiento cruzado

Las reacciones de acoplamiento cruzado implican el acoplamiento de dos tipos diferentes de fragmentos moleculares, formando un nuevo enlace químico. Este proceso se facilita típicamente por un catalizador de metal de transición, siendo el paladio uno de los más efectivos. El mecanismo general involucra activación catalítica, adición oxidativa de un electrófilo, transmetalación con un nucleófilo, y una secuencia de eliminaciones reductoras para formar el producto y regenerar el catalizador.

Mecanismo básico del acoplamiento cruzado catalizado por paladio

El acoplamiento cruzado catalizado por paladio típicamente sigue un proceso de tres pasos:

1. Adición oxidativa
2. Transmetalación
3. Eliminación reductiva

1. Adición oxidativa

En el paso de adición oxidativa, el paladio(0), que usualmente es un complejo de Pd(0), interactúa con un organohaluro electrófilo. Esto forma un complejo de paladio(II), dejando el centro metálico parcialmente oxidado. El mecanismo se puede representar de la siguiente manera:

Pd(0) + RX → R-Pd(II)-X

Donde RX representa el haluro orgánico o pseudo-haluro.

2. Transmetalación

El paso de transmetalación implica el intercambio de ligandos entre dos metales. En el contexto del acoplamiento cruzado, esto a menudo involucra reactivos organometálicos como compuestos de organoboro u organozinc. El proceso se puede describir de la siguiente manera:

R-Pd(II)-X + R'-M → R-Pd(II)-R' + MX

Aquí, R'-M suele ser el reactivo organometálico, y comparte el grupo R' con el complejo de paladio.

3. Eliminación reductiva

El paso final, la eliminación reductora, resulta en la formación del deseado enlace carbono-carbono, regenerando la especie paladio(0). Una simplificación de este paso es la siguiente:

R-Pd(II)-R' → RR' + Pd(0)

Reacciones comunes de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio

Existen varias reacciones bien conocidas de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio, cada una nombrada por su descubridor. Algunas de las más importantes son:

Acoplamiento Suzuki-Miyaura

R-Br + R'-B(OH)2 + Pd(0) → RR' + HX

Aquí, un compuesto organoborónico se acopla con un organohaluro en presencia de un catalizador de paladio para formar un biarilo u otro derivado de bifenilo. Esta reacción es particularmente valiosa por su tolerancia a una variedad de grupos funcionales y condiciones suaves.

R-Br R'-B(OH) 2 + Pd(0) R-R'

Reacción de Heck

RX + CH=CH-R' + Pd(0) → R-CH=CH-R' + HX

En la reacción de Heck, los alquenos se combinan con organohaluros. Esta reacción produce alquenos sustituidos, que se utilizan a menudo en síntesis orgánica compleja.

Rx CH=CH-R' + Pd(0) R-CH=CH-R'

Acoplamiento de Negishi

RX + R'-ZnX + Pd(0) → RR' + ZnX 2

El acoplamiento de Negishi es un método poderoso que utiliza reactivos de organozinc. Estos reactivos proporcionan quimioselectividad que es difícil de lograr con otros complejos metálicos.

Acoplamiento de Stille

RX + R'- SnBu3 + Pd(0) → RR' + Bu3Sn -X

En esta reacción, los compuestos organoestánnicos sirven como socios nucleofílicos, permitiendo el acoplamiento de una amplia variedad de grupos funcionales.

Fuentes de Pd y ligandos

Seleccionar el catalizador y el ligando adecuados es esencial para una reacción de acoplamiento cruzado catalizada por paladio exitosa. Los catalizadores de paladio se utilizan típicamente en forma de complejos como los siguientes:

Pd(PPh 3) 4
PD(OAC) 2
PDCL 2

La elección del ligando puede afectar significativamente la reactividad y selectividad del catalizador. Los ligandos comunes incluyen:

  • Ph 3 P - trifosfina de fenilo
  • BINAP - ligando bifosfina quiral
  • DPPF - Bis(difenilfosfino)ferroceno

Los ligandos ayudan a estabilizar el complejo de paladio y también pueden ajustar las propiedades electrónicas y estáticas del centro catalítico.

Factores que afectan las reacciones de acoplamiento cruzado

Varios factores pueden afectar la eficacia de las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio:

  1. Alcance del sustrato: Tipo de haluro (Cl, Br, I), siendo el yodo más reactivo que el cloro.
  2. Solvente: La elección de solventes puede afectar en gran medida la frecuencia de recambio y la selectividad.
  3. Temperatura: Las reacciones de acoplamiento a menudo requieren condiciones de temperatura específicas para proceder eficientemente.

La optimización de estos factores es crucial para lograr altos rendimientos y selectividad.

Estereoquímica y regioselectividad

La estereoquímica del producto es una consideración esencial. Reacciones como los acoplamientos de Stille y Suzuki son particularmente valiosas por su capacidad para mantener la integridad estereoquímica del sustrato.

La regioselectividad se refiere al control preciso sobre el átomo o grupo funcional que participa en el acoplamiento. La selección de catalizadores y condiciones de reacción puede permitir un alto grado de regioselectividad, lo cual es importante para la síntesis de moléculas complejas.

Aplicación

Las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio tienen una amplia gama de aplicaciones:

  • Farmacéuticos: Esencial en la síntesis de ingredientes farmacéuticos activos (APIs).
  • Químicos agrícolas: Útil en la producción de insecticidas y herbicidas.
  • Ciencia de materiales: Creación de materiales orgánicos con propiedades avanzadas (p. ej., OLEDs).

Desafíos e innovaciones

A pesar de su uso generalizado, los acoplamientos cruzados catalizados por paladio no están exentos de desafíos, incluyendo:

  • Costo: El paladio es un metal caro, y su recuperación es importante.
  • Preocupaciones ambientales: Los ligandos y reactivos organometálicos utilizados pueden causar problemas de disposición de residuos.

Se están haciendo avances innovadores para abordar estos desafíos, como el descubrimiento de catalizadores de hierro y níquel, que pueden ofrecer alternativas más baratas y menos tóxicas. Además, el desarrollo de ligandos y reactivos amigables con el medio ambiente es un área de investigación activa.

Conclusión

La importancia de las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio en la química orgánica moderna es enorme. Estas reacciones proporcionan un método robusto y versátil para construir una amplia gama de estructuras moleculares. La investigación continua y la innovación prometen ampliar los horizontes de estas reacciones, haciéndolas aún más aplicables en varios campos de la ciencia y la tecnología.


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