1. Ácidos borónicos y derivados
1.1. Estructura y propiedades de los ácidos borónicos y sus derivados.
1.1.1. Tipos generales de derivados de ácidos borónicos
Los ácidos borónicos pueden dar lugar a distintos tipos de derivados siendo los derivados más comunes las boroxinas, los ésteres borónicos y diborónicos, los dialcoxiboranos y los dihaloboranos. La reactividad y las propiedades de estos compuestos varían en función de la naturaleza del tipo de cadena carbonada (R) y los sustituyentes que estén directamente unidos al átomo de boro.
1.1.1.1. Boroxinas
Las boroxinas son los anhídridos ciclotriméricos de los ácidos borónicos. Son isoelectrónicas al benceno. Los orbitales p llenos de los átomos de oxígeno pueden interactuar con los orbitales p vacantes de boro, para dar lugar a un sistema conjugado y presentar así un cierto carácter aromático.5 Las boroxinas se sintetizan fácilmente
mediante una deshidratación del ácido borónico correspondiente, ya sea por eliminación azeotrópica del agua o bien por un secado exhaustivo con ácido sulfúrico o pentóxido de fósforo (Figura 1).6
1.1.1.2. Ésteres borónicos y diborónicos
La sustitución de los grupos hidroxilo de los ácidos borónicos por grupos alcoxilo o ariloxilo conducen a la formación de ésteres borónicos. Son compuestos menos polares que sus correspondientes ácidos debido a que no pueden dar lugar a la formación de enlaces de hidrógeno y se produce una donación parcial del par de electrones sin compartir de los átomos de oxígeno al orbital p vacío del boro. Por esta razón, los ésteres también pueden actuar como grupos protectores para mitigar la particular reactividad de los enlaces B-C.7
La estabilidad de los enlaces B-O en los ácidos borónicos y en sus ésteres derivados es comparable desde un punto de vista termodinámico. Tanto los ácidos como los ésteres borónicos son cinéticamente vulnerables al ataque de agua y a la hidrólisis tanto
5 Brock, C. P.; Minton, R. P.; Niedenzu, K. Acta Crystallogr. Sect. C 1987, 43, 1775-1779
6 (a) Tokunaga, Y. Heterocycles 2013, 87, 991-1021. (b) Snyder, H. R.; Kuck, J. A.; Johnson, J. R. J. Am. Chem.
Soc. 1938, 60, 105-111
7 Ho, O. C.; Soundararajan, R.; Lu, J.; Matteson, D. S.; Wang, Z.; Chen, X.; Wei, M.; Willett, R. D.
en agua como por simple exposición a la humedad atmosférica y por lo tanto, la reacción de hidrólisis es un proceso que se debe tener en cuenta durante la manipulación de los mismos. La reacción de hidrólisis es muy rápida para todos los ésteres acíclicos, como los esteres borónicos del tipo A (Figura 2), así como para los ésteres cíclicos alquílicos, como los preparados a partir de etilenglicol o propilenglicol (B y C) y los derivados de tartrato (H).8
Los ésteres de catecol (G) son otro tipo de ésteres muy comunes y se obtienen mediante las reacciones de hidroboración con catecolborano. Debido a la conjugación opuesta entre los oxígenos fenólicos y el anillo de benceno, estos derivados son ácidos de Lewis más fuertes y bastante sensibles a la hidrólisis.
Figura 2
El proceso de hidrólisis está menos favorecido en ésteres cíclicos alquílicos que presentan un mayor impedimento estérico debido a la presencia de sustituyentes en su estructura, tales como los derivados C2-simétricos I9 y J,10 derivados de pinacol D,11 de
pinanodiol K12 y de dioles de Hoffmann derivados del alcanfor (L y M),13 así como en el
8 (a) Haruta, R.; Ishiguro, M.; Ikeda, N.; Yamamoto, H. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 7667-7669. (b) Roush, W. R.; Walts, A. G.; Hoong, L. K. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 8186-8190.
9 Ditrich, K.; Bube, T.; Stürmer, R.; Hoffmann, R. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1986, 25, 1028-1030. 10 Matteson, D. S.; Kandil, A. A. Tetrahedron Lett. 1986, 27, 3831-3834
11 Kuivila, H. G.; Keough, A. H.; Soboczenski, E. J. J. Org. Chem. 1954, 8, 780-783. 12 Ray, R.; Matteson, D. S. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 449-450
éster más recientemente diseñado N.14 De hecho, muchos de estos ésteres borónicos
tienden a ser estables a tratamientos acuosos y a cromatografía en gel de sílice.
Una de las aplicaciones más importantes de los ésteres borónicos es el uso de sus derivados quirales como inductores de quiralidad en reacciones estereoselectivas.15
Los ésteres diborónicos más utilizados por su potencial interés sintético son el bis(catecolato)diboro [B2(cat)2], A16 y el bis(pinacolato)diboro [B2(pin)2] B (Figura 3).17
Ambos reactivos están disponibles comercialmente. El B2(cat)2 es un reactivo caro para
aplicaciones sintéticas, sin embargo, el B2(pin)2 se puede adquirir a un precio razonable
en algunas casas comerciales. El descubrimiento de la utilización de estos compuestos diboronílicos en distintas reacciones de adición y de acoplamiento cruzado de alta eficacia catalizadas por metales de transición ha sido uno de los avances más significativos en la química de los ácidos borónicos en la pasada década.18
Figura 3
1.1.1.3. Dialcoxiboranos, boranos heterocíclicos y dihaloboranos
Los dialcoxiboranos son un tipo de derivados de ácidos borónicos que pueden sintetizarse de manera sencilla por reacción entre el ácido y los correspondientes dioles en cantidades equimolares. El 4,4,6-trimetil-1,3,2-dioxaborinano A,19 el 1,3,2-
14 (a) Luithle, J. E. A.; Pietruszka, J. J. Org. Chem. 1999, 64, 8287-8297. (b) Luithle, J. E. A.; Pietruszka, J. J.
Org. Chem. 2000, 65, 9194-9200. (c) Bartlett, S.; Bose, D.; Ghori, D.; Mechsner, B.; Pietruszka, J. Synthesis 2013, 45, 1106-1114.
15 (a) Eagon, S.; Kim, J.; Singaram, B. Synthesis 2008, 23, 3874-3876. (b) Matteson, D.S. J. Org. Chem. 2013,
78, 10009-10023. (c) Michael R. Harris, M. R.; Hanna, L. E.; Greene, M. A.; Moore, C.E.; Jarvo, E. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3303-3306. (d) Matteson, D. S. J. Org. Chem. 2013, 78, 10009-10023. (e) Bonet, A.;
Odachowski, M.; Leonori, D.; Essafi, S.; Aggarwal, V. K. Nature Chem. 2014, 6, 584-589.
16 Anastasi, N. R.; Waltz, K. M; Weerakoon, W. L.; Hartwig, J. F. Organometallics 2003, 22, 365-369. 17 Ishiyama, T.; Murata, M.; Ahiko, T.-A.; Miyaura, N. Org. Synth. 2000, 77, 176-182.
18 (a) Marder, T. B.; Norman, N. C. Topics Catal. 1998, 5, 63-73. (b) Ishiyama, T.; Miyaura, N. J. Organomet.
Chem. 2000, 611, 392-402. (c) Ishiyama, T.; Miyaura, N. Chem. Rec. 2004, 3, 271-280. (d) Miyaura, N. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2008, 81, 1535-1553. (e) Suzuki, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6722-6737.
benzodioxaborol (catecolborano) B20 y el pinacolborano C21 son algunos de los ejemplos
más característicos de este tipo de compuestos. También existen boranos heterocíclicos como por ejemplo los compuestos D y E (Figura 4). Estos reactivos de borohidruro se utilizan para llevar a cabo hidroboraciones22 y reducciones de grupos carbonilo,23
reacciones de Diels-Alder24 y reacciones de acoplamiento cruzado.
Figura 4
Los dihaloboranos25 son compuestos altamente electrófilos. Estos derivados de
boro son muy reactivos y pueden reaccionar bajo condiciones de reacción en las que los ácidos borónicos y sus ésteres son poco reactivos, como por ejemplo, en ciertas reacciones de aminación oxidante del enlace B-C de boronatos.26 Los dihaloboranos, una
vez sintetizados, pueden reaccionar fácilmente con compuestos insaturados como por ejemplo en reacciones de cis-1,2-alilboración de alquinos terminales o derivados del acetileno, dando lugar a nuevas especies dihaloboriladas que pueden posteriormente ser transformadas en otros derivados borilados.27
20 Brown, H. C.; Gupta, S. K. J. Am. Chem. Soc. 1971, 93, 1816-1818. 21 Tucker, C. E.; Davidson, J.; Knochel, P. J. Org. Chem. 1992, 57, 3482-3485.
22 (a) Panek, J. S.; Xu, F. J. Org. Chem. 1992, 57, 5288-5290. (b)Thaisrivongs, S.; Wuest, J. D. J. Org. Chem.
1977, 42, 3243-3246.
23 (a) Takasu, M.; Yamamoto, H. Synlett 1990, 194-196. (b) Sartor, D.; Saffrich, J.; Helmchen, G. Synlett
1990, 197-198. (c) Kiyooka, S.-I.; Kaneko, Y.; Komura, M.; Matsuo, H.; Nakano, M. J. Org. Chem. 1991, 56,
2276-2278.
24 Kiyooka, S.-I.; Kaneko, Y.; Komura, M.; Matsuo, H.; Nakano, M. J. Org. Chem. 1991, 56, 2276-2278. 25 (a) Brown, H. C.; Salunkhe, A. M.; Singaram, B. J. Org. Chem. 1991, 56, 1170-1175. (b) Brown, H. C.; Salunkhe, A. M.; Argade, A. B. Organometallics 1992, 11, 3094-3097.
26 Bjorkquist, D. W. Process for synthesizing β-aminoalkylboronic acids and cyclic esters. PCT Int. Appl. 1994, WO 9404543 A1 19940303.
27 Yuri N. Bubnov, Nikolai, Y. N.; Kuznetsov, N. Y.; Pastukhov, F. V.; Vadim V. Kublitsky, V. V. Eur. J. Org.
1.1.1.4. Sales de trifluoroborato
Los organotrifluoroboratos son derivados de ácidos borónicos monoméricos, cristalinos, fácilmente manipulables y muy estables a la humedad y al aire, que se pueden preparar fácilmente mediante el procedimiento descrito por Vedejs28 y también
a partir de ésteres borónicos (Esquema 2).29
Esquema 2
Los trifluoroboratos son compuestos estables frente a numerosos reactivos que a menudo son un problema para otras especies de boro. Debido a la fortaleza de los enlaces F-B, las sales de organotrifluoroboratos pueden emplearse para proteger el orbital vacante del boro de una reacción electrófila con un oxidante fuerte, conservando de esta manera el enlace C-B inalterado mientras que se transforman otros grupos funcionales dentro de la misma molécula.30 Son una alternativa sintética al empleo de
ácidos, ésteres borónicos y organoboranos en reacciones de acoplamiento cruzado de Suzuki-Miyaura31 y en otras reacciones, como las adiciones 1,2 y 1,4 catalizadas por Rh,32
los acoplamientos con aminas y alcoholes promovidos por Cu33 y las alilaciones de
aldehídos34 entre otras aplicaciones.35
28 (a) Vedejs, E.; Chapman, R. W.; Fields, S. C.; Lin, S.; Schrimpf, M. R. J. Org. Chem. 1995, 60, 3020-3027. (b) Vedejs, E.; Fields, S. C.; Hayashi, R.; Hitchcock, S. R.; Powell, D. R.; Schrimpf, M. R. J. Am. Chem. Soc.
1999, 121, 2460-2470.
29 Matteson, D. S.; Kim, G. Y. Org. Lett. 2002, 4, 2153-2155.
30 Molander, G. A.; Ribagorda, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11148-11149.
31 (a) Molander, G. A.; Ellis, N. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 275-286. (b) Doucet, H. Eur. J. Org. Chem. 2008, 2013-2030. (c) Molander, G. A.; Canturk, B. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9240-9261.
32 (a) Pucheault, M.; Darses, S.; Genêt, J.-P. Eur. J. Org. Chem. 2002, 3552-3557. (b) Ros, A.; Aggarwal, V. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6289-6292. (c) Gendrineau, T.; Genêt, J.-P.; Darses, S. Org. Lett. 2009,
11, 3486-3489.
33 (a) Quach, T. D.; Batey, R. A. Org. Lett. 2003, 5, 1381-1384. (b) Quach, T. D.; Batey, R. A. Org. Lett. 2003,
5, 4397-4400.
34 (a) Thadani, A. N.; Batey, R. A. Org. Lett. 2002, 4, 3827-3830. (b) Carosi, L.; Hall, D. G. Angew. Chem., Int.
Ed. 2007, 46, 5913-5915.
35 (a) Stefani, H. A.; Cella, R.; Vieira, A. S. Tetrahedron 2007, 63, 3623-3658. (b) Darses, S.; Genêt, J.-P.
Chem. Rev. 2008, 108, 288-325. (c) Molander, G. A.; Sandrock, D. L. Curr. Opin. Drug. Discov. Devel. 2009, 12, 811-823.