Doctorado
  1. Química inorgánica  1.1. Química de coordinación  1.1.1. Teoría del campo de ligandos  1.1.2. Teoría del campo de cristales  1.1.3. Teoría del Orbital Molecular para Compuestos de Coordinación  1.1.4. Estabilidad de los compuestos de coordinación  1.1.5. Espectros electrónicos de compuestos de coordinación  1.1.6. Isomería en Compuestos de Coordinación  1.1.7. Cinética y mecanismo de reacciones de coordinación  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos Metálicos  1.2.2. Alquilo y arilo metálico  1.2.3. Carbenos de Fischer y Schrock  1.2.4. Añadido Oxidativo y Eliminación Reductiva  1.2.5. Hidruros Metálicos  1.2.6. Catalysis por compuestos organometálicos  1.2.7. Metalocénicos y Complejos Sandwich  1.2.8. CH activation  1.3. Química del estado sólido  1.3.1. Estructuras y redes cristalinas  1.3.2. Teoría de bandas y propiedades eléctricas  1.3.3. Defectos en el cristal  1.3.4. Síntesis de materiales en estado sólido  1.3.5. Propiedades magnéticas y ópticas de los sólidos  1.3.6. Superconductividad  1.3.7. Ionics de estado sólido  1.4. Química bio-inorgánica  1.4.1. Metaloproteínas y enzimas  1.4.2. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  1.4.3. El papel de los metales en la medicina  1.4.4. Catalización bioinspirada  1.4.5. Interacciones Metal-ADN  1.4.6. Complejos metálicos en la ciencia médica  1.5. Lantánidos y actínidos  1.5.1. Configuración electrónica y estados de oxidación en lantánidos y actínidos  1.5.2. Propiedades Espectrales y Magnéticas en Lantánidos y Actínidos  1.5.3. Separación y Extracción de Lantánidos y Actínidos  1.5.4. Química de coordinación de los elementos del bloque f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de los compuestos de boro  1.6.2. Química de los compuestos de silicio y germanio  1.6.3. Química de los Compuestos de Fósforo y Azufre  1.6.4. Química organosilícica  1.6.5. Química de Gases Nobles
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición y sustitución electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones Pericíclicas  2.1.7. Reacciones fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidad y actividad óptica  2.2.2. Análisis estructural  2.2.3. Efectos estereolectrónicos  2.2.4. Síntesis asimétrica  2.2.5. Estereoquímica dinámica  2.3. Química Organometálica en la Síntesis Orgánica  2.3.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.3.2. Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición  2.3.3. Reacciones catalizadas por paladio  2.3.4. Metátesis de olefinas  2.3.5. Catalización de oro y plata  2.4. Química de productos naturales  2.4.1. Alcaloides y terpenoides  2.4.2. Esteroides y Flavonoides  2.4.3. Síntesis total de productos naturales  2.4.4. Biosíntesis de productos naturales  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química huésped-invitado  2.5.2. Autoensamblaje y reconocimiento molecular  2.5.3. Catalisis Supramolecular  2.5.4. Máquinas moleculares
  3. Química Física  3.1. T termodinámica  3.1.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.2. Potencial Químico y Equilibrio  3.1.3. Termodinámica estadística  3.1.4. Termodinámica de no equilibrio  3.2. Química Cuántica  3.2.1. Ecuación de Schrödinger y sus aplicaciones  3.2.2. Teoría de orbitales moleculares  3.2.3. Teoría del funcional de la densidad  3.2.4. Métodos post-Hartree–Fock  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoría de la velocidad de reacción  3.3.2. Mechanism and rate laws  3.3.3. Catalisis y cinética enzimática  3.3.4. Dinámica de reacción  3.4. Espectroscopía y estructura molecular  3.4.1. Espectroscopia Infrarroja  3.4.2. Espectroscopia UV-visible  3.4.3. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometría de Masas  3.4.5. Espectroscopía Raman  3.5. Química de Superficies y Coloides  3.5.1. Absorción y Catálisis  3.5.2. Surfactantes y micelas  3.5.3. Estabilidad Coloidal  3.5.4. Nanomateriales e Interfaces
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.1.4. Cromatografía iónica  4.2. Técnicas electroanalíticas  4.2.1. Voltametría y Polarografía  4.2.2. Conductometría y potenciometría  4.2.3. Colometría  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.3.2. Espectroscopía de Fluorescencia  4.3.3. Difracción de rayos X  4.3.4. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  4.4. Quimiometría  4.4.1. Procesamiento de datos y métodos estadísticos  4.4.2. Análisis multidisciplinario  4.4.3. Aprendizaje Automático en Química Analítica
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.2. Métodos de química cuántica  5.3. Diseño de fármacos computacional  5.4. Aprendizaje automático en química  5.5. Dinámica molecular ab initio
  6. Biofísica y Química Medicinal  6.1. Descubrimiento y diseño de fármacos  6.2. Cinética enzimática e inhibición  6.3. Enfoque de biología química  6.4. Interacciones proteína-ligando  6.5. Química bioortogonal
  7. Química de materiales  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerización  7.1.2. Polímeros Funcionales  7.1.3. Polímero Biodegradable  7.1.4. Polímeros conductores y semiconductores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas y nanoestructuras  7.2.2. Nanomateriales basados en carbono  7.2.3. Quantum dots  7.3. Química Energética y Ambiental  7.3.1. Química de Baterías y Pilas de Combustible  7.3.2. Química verde y materiales sostenibles  7.3.3. Fotocatálisis

Doctorado → Química orgánica → Química Organometálica en la Síntesis Orgánica ↓


Reacciones catalizadas por paladio


Las reacciones catalizadas por paladio son una piedra angular de la síntesis orgánica moderna debido a su versatilidad y efectividad en la formación de enlaces carbono-carbono y carbono-heteroátomo. Estas reacciones han revolucionado la forma en que los químicos diseñan rutas sintéticas hacia moléculas complejas, haciendo más accesibles las transformaciones que antes eran desafiantes. Comprender la teoría, aplicaciones e importancia de las reacciones catalizadas por paladio es importante para cualquier químico, especialmente aquellos involucrados en la investigación académica e industrial.

Fundamentos de la química organometálica

La química organometálica implica el estudio de compuestos químicos que contienen enlaces entre carbono y metal. De los diversos metales utilizados en la química organometálica, el paladio es particularmente popular debido a su capacidad para formar y romper enlaces con carbono, facilitando muchas reacciones químicas. Los compuestos organometálicos sirven como intermediarios importantes en la formación de moléculas orgánicas complejas, desempeñando así un papel importante en la química orgánica.

Importancia del paladio

El paladio, un metal de transición, tiene características únicas de configuración electrónica que lo hacen un catalizador efectivo. Retiene electrones en sus orbitales d, lo que le permite interactuar en entornos ricos en electrones. Esta propiedad es importante para facilitar una variedad de reacciones de formación de enlaces. Los estados de oxidación del paladio, típicamente Pd(0) y Pd(II), desempeñan un papel clave en su ciclo catalítico porque pueden interconvertirse fácilmente durante las reacciones.

Reacciones comunes catalizadas por paladio

Las reacciones catalizadas por paladio involucran una amplia variedad de procesos. Veamos más de cerca varias reacciones clave para comprender sus mecanismos y aplicaciones.

1. Acoplamiento de Suzuki

El acoplamiento de Suzuki es una de las reacciones catalizadas por paladio más comúnmente utilizadas debido a su simplicidad y eficiencia en la formación de estructuras bifenílicas. Esta reacción implica el acoplamiento de un compuesto organoborano con un organohaluro o organotrifol en presencia de una base y un catalizador de paladio.

Ar-B(OH)2 + RX → Ar-R + XB(OH)2

Este mecanismo implica adición oxidativa del organohaluro a Pd(0), seguida de la transmetalación con un reactivo organoborano y finalmente eliminación reductora para formar el compuesto bifenílico deseado.

2. Reacción de Heck

La reacción de Heck es otro proceso catalizado por paladio utilizado para formar enlaces C-C entre un alqueno y un haluro de arilo. La reacción general se muestra de la siguiente manera:

R-CH=CH2 + Ar-X → R-CH=CH-Ar + HX

Este mecanismo involucra cinco pasos principales: adición oxidativa, inserción migratoria, eliminación sín-β-hidruro y eliminación reductora. La reacción de Heck se aplica ampliamente en la síntesis orgánica, como en la construcción de estructuras moleculares complejas encontradas en productos farmacéuticos y productos naturales.

3. Acoplamiento de Sonogashira

El acoplamiento de Sonogashira es un método importante para la síntesis de compuestos sustituidos con alquino. Involucra el acoplamiento de alquinos terminales con haluros de arilo o vinilo utilizando un catalizador de paladio, a menudo con un cocatalizador de cobre.

RC≡CH + Ar-X → RC≡C-Ar + HX

Esta reacción es altamente valiosa en la construcción de sistemas conjugados y se utiliza extensamente en la síntesis de materiales para aplicaciones electrónicas, como OLEDs (diodos orgánicos emisores de luz).

4. Reacciones de acoplamiento cruzado

Las reacciones de acoplamiento cruzado son procesos que forman enlaces carbono-carbono entre diferentes grupos orgánicos. Las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio, como el acoplamiento de Stille, acoplamiento de Negishi y acoplamiento de Hiyama, proporcionan una variedad de socios de acoplamiento como reactivos organoestánnicos, organozinc o organosilicio, respectivamente. Estas reacciones amplían en gran medida la caja de herramientas disponible para los químicos sintéticos al ofrecer una variedad de condiciones y perfiles de reactividad.

Mecanismo de las reacciones catalizadas por paladio

Para comprender la eficiencia de las reacciones catalizadas por paladio, es importante entender el mecanismo que generalmente comparte pasos comunes: adición oxidativa, transmetalación y eliminación reductora. Veremos estos pasos utilizando el ejemplo común de una reacción de acoplamiento cruzado.

Aditivos oxidativos

El proceso comienza con la adición oxidativa del haluro orgánico RX al catalizador de paladio(0) Pd(0). En este paso, Pd(0) se oxida a Pd(II) a medida que forma un complejo de coordinación con el haluro.

Pd(0) + RX → Pd(II)-RX

Este paso es extremadamente importante porque forma los enlaces Pd–C, lo que prepara la reacción para los pasos siguientes.

Transmetalación

El intermedio formado por la adición oxidativa sufre transmetalación, donde reacciona con otro reactivo, generalmente un compuesto organometálico como un derivado de boro, estaño o zinc, y transfiere el grupo orgánico al centro de paladio.

Pd(II)-RX + R'-M → Pd(II)-RR' + MX

Esta fase es flexible, permitiendo la incorporación de una variedad de grupos funcionales, ampliando el alcance de las reacciones catalizadas por paladio.

Eliminación reductora

Finalmente, la eliminación reductora resulta en la formación de un enlace C-C, regenerando Pd(0) que puede ser reincorporado al ciclo catalítico.

Pd(II)-RR' → Pd(0) + RR'

Este paso completa el ciclo, produciendo el producto acoplado y permitiendo el reuso del catalizador.

Visualización de la reacción catalizada por paladio

Imaginemos una ruta general de reacción catalizada por paladio:

PD(0) Aditivos Oxidativos Pd(II)-RX Transmetalación Pd(II)-R-R' Eliminación Reductora PD(0)

Aplicaciones de las reacciones catalizadas por paladio

La importancia de las reacciones catalizadas por paladio va más allá de la curiosidad académica, impactando significativamente el mundo práctico. En la industria farmacéutica, estas reacciones son técnicas estándar en la síntesis de ingredientes farmacéuticos activos (APIs). Por ejemplo, el acoplamiento de Suzuki se emplea a menudo para crear las estructuras moleculares complejas necesarias en el descubrimiento y producción de medicamentos.

Además, la ciencia de materiales también se ha beneficiado enormemente, ya que las reacciones catalizadas por paladio han facilitado la creación de polímeros conductores y materiales electrónicos orgánicos. El desarrollo de materiales como OLEDs y otros dispositivos fotónicos depende en gran medida de estas rutas sintéticas.

Desafíos y perspectivas futuras

A pesar del uso generalizado y el considerable éxito, las reacciones catalizadas por paladio enfrentan desafíos que motivan la investigación continua. Un problema clave es el costo y la escasez del paladio, lo que motiva la investigación de alternativas más abundantes y menos costosas. Los esfuerzos en la investigación de catálisis también se centran en métodos de acoplamiento sin metales de transición y en aumentar la economía atómica de los métodos existentes.

Además, el desarrollo de catalizadores y procesos ambientalmente amigables sigue siendo un área importante de investigación. Integrar principios de química verde en las reacciones catalizadas por paladio es esencial para garantizar prácticas industriales sostenibles en la fabricación química.

Conclusión

Las reacciones catalizadas por paladio simbolizan una combinación de avances teóricos y prácticos en la química. Estas reacciones no solo han ampliado las capacidades de los químicos sintéticos, sino que también se han convertido en parte integral para el avance de muchos campos, desde la industria farmacéutica hasta la ciencia de materiales. A medida que la investigación continua aborda los desafíos actuales, el futuro de las reacciones catalizadas por paladio en la catálisis parece prometedor, empujando continuamente los límites de la síntesis química.


Doctorado → 2.3.3


U
username
0%
completado en Doctorado

← Anterior (2.3.2)
Reacciones de acoplamiento catalizadas por metales de transición
Siguiente (2.3.4) →
Metátesis de olefinas

Comentarios 



Reacciones catalizadas por paladio

https://www.chemistryelite.com/phd/2.3.3?ceal=es