La autotransferencia de hidrógeno , también conocida como tomar prestado hidrógeno , es la activación de una reacción química mediante la transferencia temporal de dos átomos de hidrógeno del reactivo a un catalizador y el retorno de esos átomos de hidrógeno a un intermedio de reacción para formar el producto final . [1] [2] [3] [4] Existen dos clases principales de reacciones de préstamo de hidrógeno: (a) aquellas que resultan en sustitución de hidroxilo, [1] [2] y (b) aquellas que resultan en adición de carbonilo. [3] [4] En el primer caso, deshidrogenación del alcoholgenera un compuesto de carbonilo transitorio que está sujeto a condensación seguida por el retorno de hidrógeno. En el último caso, a la deshidrogenación del alcohol le sigue la generación reductora de un nucleófilo, que desencadena la adición de carbonilo. Dado que los procesos de tomar prestado hidrógeno evitan manipulaciones que de otro modo se requerirían para la oxidación discreta del alcohol y el uso de reactivos organometálicos estequiométricos, generalmente muestran altos niveles de economía de átomos y, por lo tanto, se consideran ejemplos de química verde .
La reacción de Guerbet , informada en 1899, [5] es un ejemplo temprano de un proceso de autotransferencia de hidrógeno. La reacción de Guerbet convierte los alcoholes primarios en dímeros β-alquilados mediante la deshidrogenación del alcohol seguida de la condensación aldólica y la reducción de las enonas resultantes. La aplicación de la reacción de Guerbet al desarrollo de procesos de etanol a butanol ha despertado interés como método para la producción de combustibles renovables . [6] En 1932, utilizando catalizadores de níquel heterogéneos, Adkins informó de las primeras aminaciones de alcohol que se producen a través de la aminación reductora de deshidrogenación de alcohol. [7] Grigg desarrolló catalizadores homogéneos para la aminación de alcoholes basados en rodio y rutenio [8]y Watanabe [9] en 1981. Michael J. Krische informó de los primeros procesos de autotransferencia de hidrógeno que convierten los alcoholes primarios en productos de adición de carbonilo en 2007-2008 utilizando catalizadores homogéneos de iridio y rutenio. [10] [11] [12]
Las aminaciones de alcohol se encuentran entre los procesos de préstamo de hidrógeno más utilizados. [13] [14] [15] En reacciones de este tipo, la deshidrogenación del alcohol va seguida de la aminación reductora del compuesto carbonílico resultante. Esto representa una alternativa a los procesos de dos pasos que implican la conversión del alcohol en un éster de haluro o sulfonato seguido de sustitución nucleofílica.
Como se muestra a continuación, Pfizer ha utilizado la aminación de alcohol a escala de kilogramos para la síntesis de intermedios farmacéuticos avanzados. [16] Además, AstraZeneca ha utilizado metanol como alternativa a los agentes metilantes genotóxicos convencionales como el yoduro de metilo o el sulfato de dimetilo. [17] Los nitroaromáticos también pueden participar como precursores de amina en el préstamo de aminaciones de alcohol de tipo hidrógeno. [18]
La formación del enlace carbono-carbono se ha logrado tomando prestado el ingenio indirecto de tipo hidrógeno, [19] aldol, [20] condensación de Knoevenagel [21] y también a través de varios nucleófilos de carbono. [22] [23] En relación con la reacción de Guerbet, Donohoe y sus colaboradores han desarrollado alquilaciones de enolato de tipo hidrógeno enantioselectivas. [24]
Como se ejemplifica por la alilación de Krische , la deshidrogenación de los reactivos alcohólicos se puede equilibrar mediante la reducción de alenos, dienos o acetato de alilo para generar pares de alilmetal-carbonilo que se combinan para dar productos de adición de carbonilo. [3] [4] De esta manera, los alcoholes inferiores se transforman directamente en alcoholes superiores de una manera que disminuye significativamente el desperdicio. [25]