Química Orgánica 2 · Enlaces carbono–carbono con organometálicos
Mecanismo de reacción de Grignard
El mecanismo de reacción de Grignard en 3 pasos, a partir del ejemplo resuelto de Arrow Lab: Adición de Grignard — bromuro de etilmagnesio y acetona (mecanismo).
reacción de Grignard: visión general
La reacción de Grignard adiciona un nucleófilo de carbono a un grupo carbonilo y es una de las formas más útiles de construir un nuevo enlace carbono–carbono. Los reactivos de Grignard, RMgX, se preparan a partir de un haluro de alquilo, vinilo o arilo y magnesio metálico en éter dietílico seco o THF, y se adicionan a aldehídos, cetonas, ésteres, epóxidos y dióxido de carbono. El ejemplo resuelto de abajo sigue un caso real: el bromuro de etilmagnesio (CH₃CH₂MgBr) se adiciona a la acetona, y luego el agua da el alcohol terciario 2-metilbutan-2-ol.
La formación del reactivo de Grignard ocurre antes, antes del mecanismo que se dibuja aquí. Un haluro de alquilo como el bromoetano reacciona con magnesio metálico en éter seco o THF, y el magnesio se inserta en el enlace C–Br. El enlace C–Mg resultante está fuertemente polarizado hacia el carbono, así que el carbono se comporta como un carbanión: un nucleófilo fuerte y una base fuerte. Por eso la reacción debe mantenerse seca. El agua o cualquier protón O–H o N–H simplemente protonaría el reactivo y lo destruiría.
El primer paso es la adición nucleofílica. Los electrones del enlace C–Mg atacan el carbono carbonílico electrófilo y forman el nuevo enlace C–C, mientras los electrones π del C=O se desplazan hacia el oxígeno. Ambas flechas actúan juntas, y el producto es un alcóxido de magnesio (dibujado aquí como O⁻ con Mg⁺–Br). El magnesio se coordina al oxígeno carbonílico y hace al carbono más electrófilo, y como el nucleófilo de carbono es tan reactivo, la adición es rápida y no se revierte.
El segundo paso es el tratamiento (workup). Solo cuando la adición ha terminado se añade agua, en un paso aparte. El oxígeno del alcóxido toma un protón del agua para dar el alcohol neutro. Los aldehídos dan alcoholes secundarios, las cetonas como la acetona dan alcoholes terciarios, y el formaldehído da alcoholes primarios. Un error común es empezar la primera flecha en el átomo de carbono en vez de en el enlace C–Mg, o añadir agua en el mismo paso que el reactivo de Grignard; en un matraz real, esa agua destruiría el reactivo antes de que llegara a la cetona.
Lo que vas a practicar
- Usa los electrones del enlace C–Mg para añadir el etilo a la acetona y luego añade agua para convertir el alcóxido en un alcohol.
El ejemplo y sus condiciones
Acetone and ethylmagnesium bromide (CH₃CH₂–Mg–Br) in dry ether, then water in a separate step. Draw addition followed by proton transfer; we show the magnesium alkoxide as O⁻ and Mg⁺–Br, without bonds to ether or larger magnesium clusters.
Mecanismo de reacción de Grignard, paso a paso
Cada paso comienza con su dibujo, incluidas las flechas curvas; el texto que aparece debajo describe ese dibujo.
Añade el etilo a la acetona
Empieza la flecha en el enlace C–Mg, no en el carbono neutro. Las dos flechas actúan juntas. El alcóxido de magnesio se dibuja como O⁻ y Mg⁺–Br; no se muestran los enlaces al éter ni a agregados de magnesio mayores. No añadas agua todavía.
Las flechas curvas del dibujo:
- Los electrones del enlace C–Mg forman un enlace entre el carbono del etilo y el carbono del carbonilo.
- Los electrones π del C=O pasan al oxígeno a medida que se forma el enlace C–C. El carbono conserva ocho electrones externos.
Añade agua después de la adición
Agrega agua después de la reacción en disolvente seco. El agua cede un protón al alcóxido y se convierte en hidróxido.
Nota sobre el dibujo de arriba: Se puede transferir cualquiera de los dos hidrógenos del agua.
Las flechas curvas del dibujo:
- El oxígeno con carga negativa toma un protón del agua.
- Los electrones del enlace O–H quedan en el oxígeno del agua.
Productos
El 2-metilbutan-2-ol tiene los dos grupos metilo procedentes de la acetona y el grupo etilo de dos carbonos. El oxígeno de su OH proviene del carbonilo y ahora es neutro, con dos pares solitarios. El agua se convierte en hidróxido, cuya carga negativa equilibra al Mg⁺–Br; estos iones representan el residuo que contiene magnesio después de añadir agua. El alcohol es terciario porque su carbono portador del OH tiene tres carbonos vecinos.
Mecanismo de reacción de Grignard: preguntas frecuentes
¿Cuál es el mecanismo de la reacción de Grignard?
Tiene dos etapas. Primero, los electrones del enlace carbono–magnesio atacan el carbono carbonílico, formando el nuevo enlace C–C mientras los electrones π del C=O se desplazan hacia el oxígeno para dar un alcóxido de magnesio. Segundo, en un paso de tratamiento (workup) aparte, el agua o un ácido diluido protona el oxígeno del alcóxido para dar el alcohol neutro. En el ejemplo, la acetona y el bromuro de etilmagnesio dan 2-metilbutan-2-ol.
¿Por qué debe ser seca una reacción de Grignard?
El carbono de un reactivo de Grignard es una base muy fuerte, mucho más fuerte que el hidróxido. El agua, los alcoholes, los ácidos carboxílicos, las aminas e incluso los alquinos terminales le ceden un protón más rápido de lo que se adiciona a un carbonilo, lo que convierte el reactivo en un alcano y lo destruye. Por eso el material de vidrio se seca, el disolvente es éter anhidro o THF, y el agua se añade solo cuando la adición ha terminado.
¿Qué da un reactivo de Grignard con un aldehído, una cetona y un éster?
El formaldehído da un alcohol primario, los demás aldehídos dan alcoholes secundarios, y las cetonas dan alcoholes terciarios, en cada caso tras una adición y el tratamiento (workup). Un éster reacciona dos veces: la primera adición expulsa el grupo alcoxi para formar una cetona, que es más reactiva que el éster y consume un segundo equivalente, así que el producto es un alcohol terciario con dos grupos idénticos provenientes del reactivo.
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