Acoplamento Cruzado Catalisado por Paládio

As reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio são uma ferramenta valiosa para a criação de novas ligações carbono-carbono.

Seu desenvolvimento permitiu que os químicos construíssem compostos orgânicos complexos a partir de fragmentos de hidrocarbonetos, e seu uso nas indústrias química fina e farmacêutica tornou-se generalizado.

Seu impacto na química orgânica é tão profundo que eles foram objeto do Prêmio Nobel de Química de 2010.

Este vídeo ilustrará os princípios das reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio, bem como uma demonstração da técnica em laboratório.

Nesses tipos de reações, um catalisador de paládio é usado para facilitar a adição de um nucleófilo, que é tipicamente um composto organometálico, a um nucleófilo, que é tipicamente um organohalideo

Uma espécie de Pd(0) reage com o organohalide via adição oxidativa para formar um organopaládio duas espécies, que então reage com o nucleófilo para formar uma nova ligação carbono-carbono.

Todas essas reações, com exceção do acoplamento de Heck, seguem o mesmo mecanismo: após a adição oxidativa para formar um organopaládio duas espécies, ocorre uma etapa de transmetalação com o nucleófilo organometálico, formando uma nova espécie com duas ligações carbono-paládio. Finalmente, a eliminação redutiva ocorre para criar uma nova ligação carbono-carbono e regenerar o catalisador zero de paládio, que pode continuar a acoplar outro nucleófilo e eletrófilo.

Nas reações de acoplamento de Heck, o organopalladium duas espécies é formado de forma semelhante às reações de acoplamento anteriores, mas ao contrário de uma etapa de transmetalação, ocorre uma etapa de coordenação na qual o paládio duas espécies forma um complexo com uma olefina. Após a etapa de coordenação, ocorre a carbopalação para gerar uma nova ligação carbono-carbono e carbono-paládio. Em seguida, a eliminação de beta-hidreto produz a olefina substituída desejada e uma espécie de paládio de dois hidretos, que sofre eliminação redutiva para regenerar o catalisador zero de paládio.

Agora que discutimos os princípios das reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio, vejamos um procedimento típico de acoplamento de Heck.

Para sintetizar um ácido carboxílico ?,?-insaturado, reagiremos 4-iodoacetofenona e ácido acrílico na presença de um catalisador de paládio. Comece enchendo um balão de fundo redondo de 20 mL com acetofenona, ácido acrílico, cloreto de paládio e dois e dilua com 5 mL de água. Em seguida, adicione carbonato de sódio para reduzir o catalisador a zero de paládio e adicione uma barra de agitação magnética para misturar

Depois de adicionar os reagentes ao frasco, agite o conteúdo e aqueça a reação ao refluxo

Monitore o progresso da reação por cromatografia em camada fina, ou TLC, garantindo o consumo completo de acetofenona.

Quando a reação estiver completa, remova o frasco da fonte de aquecimento e deixe a mistura esfriar até a temperatura ambiente.

Uma vez que a mistura tenha esfriado, acidifique a pH 1 com HCl aquoso de 1 molar, monitorando o pH com papel de tornassol, e o produto de acoplamento deve precipitar da solução.

Depois que a mistura tiver sido acidificada, despeje o conteúdo em um funil Böchner coberto com papel de filtro e colete o sólido por filtração a vácuo.

Para verificar a estrutura do produto de acoplamento, dissolver 2 mg do material seco em 0,5 mL de DMSO-d6 e analisar por RMN.

Agora que vimos um exemplo de procedimento laboratorial, vamos ver algumas aplicações úteis de reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio.

Um dos principais requisitos na fabricação de compostos farmacêuticos é toxicidade e inflamabilidade mínimas e estabilidade máxima no processo. As condições de reação de acoplamento de Suzuki são bastante seguras, e essa reação é amplamente utilizada na química de processos, como na síntese de crizotinibe, um medicamento contra o câncer de pulmão, a partir de um brometo de arila e um éster borônico.

O taxol, um produto natural também com propriedades anticancerígenas, foi descoberto na casca do teixo do Pacífico, Taxus brevifolia. Infelizmente, apenas 10 gramas de composto puro podem ser coletados por 1,2 tonelada de casca. A quantidade de taxol necessária na clínica exigiu o desenvolvimento de uma síntese química eficiente, e uma reação de acoplamento de Heck intramolecular foi fundamental para sua produção em larga escala.

Você acabou de assistir à introdução de JoVE às reações de acoplamento cruzado catalisadas por paládio. Agora você deve entender os princípios por trás deles, como realizar um experimento e alguns de seus usos. Obrigado por assistir!