Organolitio para niños

Un reactivo de organolitio es un tipo especial de compuesto organometálico. Esto significa que tiene un enlace directo entre un átomo de carbono y un átomo de litio. Como el litio es un elemento muy "generoso" con sus electrones, el carbono en este enlace se vuelve muy "negativo" o "rico en electrones", actuando como un carbanión. Por eso, los compuestos de organolitio son muy potentes y útiles en química. Son como imanes muy fuertes que atraen a otras partes de las moléculas.

¿Cómo se preparan los reactivos de organolitio?

Muchos de los reactivos de organolitio más comunes se pueden comprar ya hechos. Pero también se pueden preparar en un laboratorio usando diferentes métodos. Aquí te explicamos algunos de ellos.

Reacción con litio metálico

Una forma de fabricar estos reactivos a gran escala es haciendo reaccionar un halocarbono (un compuesto de carbono con un halógeno como cloro o bromo) con litio en su forma metálica.

Esta reacción libera mucho calor. A veces se añade un poco de sodio para que la reacción sea más rápida. También se puede usar litio en polvo muy fino con algunos catalizadores (sustancias que aceleran la reacción sin consumirse).

Reducción con litio metálico.

También se pueden usar otros compuestos de organolitio ya existentes para crear nuevos. Esto se hace mediante una reacción de intercambio, donde el litio se cambia por un halógeno en otra molécula.

Metalación: Intercambio de litio e hidrógeno

Otro método para preparar reactivos de organolitio es el proceso de metalación. Aquí, un compuesto de organolitio (como el n-butil-litio) "arranca" un átomo de hidrógeno de otra molécula. Al hacerlo, se forma el nuevo compuesto de organolitio que queremos y se libera un alcano (como el butano).

Metalación.

Esta reacción funciona mejor cuando el hidrógeno que se va a quitar es "más ácido" que otros hidrógenos en la molécula.

Por ejemplo, es muy común usar este método para hacer reactivos de alquinil-litio, porque los hidrógenos al final de los alquinos son muy fáciles de quitar.

En compuestos con anillos (como los aromáticos), la posición donde se une el litio puede ser dirigida por otros grupos que ya estén en la molécula. Estos grupos tienen electrones libres que ayudan a que el litio se acerque a un hidrógeno específico, facilitando su extracción.

Litiación de un areno con grupo orto-dirigido. (DMG=grupo director, E=electrófilo)

En la siguiente imagen puedes ver algunos ejemplos de compuestos de organolitio que se pueden obtener por metalación:

Ejemplos de reactivos de organolitio preparados por metalación.

Intercambio de halógeno por litio

Un tercer método es el intercambio de halógeno por litio. En esta reacción, un átomo de halógeno en una molécula se intercambia por un átomo de litio de otro compuesto de organolitio.

Esta reacción es muy útil para crear nuevos reactivos de organolitio. Es muy rápida y a menudo se realiza a temperaturas muy bajas (entre -60 y -120 °C).

Transmetalación: Intercambio con otros metales

Los reactivos de organolitio también se pueden preparar a partir de otros compuestos que ya tienen un metal, como los compuestos de organocobre o organoestaño.

Una ventaja de este método es que los productos secundarios no suelen reaccionar con los nuevos compuestos de organolitio, lo que facilita el proceso.

Intercambio de litio y estaño.

¿Cómo son los reactivos de organolitio?

Aunque a veces se representan como una sola molécula (RLi), en realidad los reactivos de organolitio suelen agruparse formando "racimos" o "polímeros". La forma de estos grupos depende de la parte orgánica de la molécula y de otras sustancias presentes. El litio tiende a unirse a varios átomos de carbono, y cada carbono a varios átomos de litio.

El enlace carbono-litio

El enlace entre el carbono y el litio es muy especial. Como el litio es menos "electronegativo" que el carbono (es decir, atrae menos los electrones), el carbono "jala" la mayoría de los electrones del enlace. Esto hace que el enlace sea muy polar, casi como si el carbono tuviera una carga negativa y el litio una positiva. Esto es lo que los hace tan reactivos.

Densidad electrónica deslocalizada en reactivos de alil-litio.

En algunos tipos de organolitios, como los alil-litios, el litio se une a una parte más grande de la molécula de carbono, no solo a un punto específico.

Estructuras en estado sólido de tetrámeros de metil-litio, hexámeros de n-butil-litio y escalera polimérica de fenil-litio

Estructura en estado sólido

Los compuestos de organolitio se agrupan debido a las fuerzas eléctricas entre sus partes con carga opuesta. También influye cómo se unen a las moléculas de los disolventes o a otros aditivos.

Una forma común de estos grupos es un átomo de carbono con carga negativa que interactúa con un triángulo de tres átomos de litio. En los organolitios más simples, estos triángulos se unen para formar estructuras más grandes, como tetraedros (pirámides de cuatro caras) u octaedros (figuras de ocho caras).

Núcleos metálicos de tetraedro y octaedro formados por agregación del triángulo Li₃ - complejo de coordinación del carbanión.

Por ejemplo, el metillitio forma grupos de cuatro moléculas (tetrámeros) que parecen un cubo. Otros, como el n-butil-litio, forman grupos de seis moléculas (hexámeros).

Si se añaden sustancias como el dietiléter o el THF, los grupos de organolitio pueden separarse en unidades más pequeñas, lo que los hace más solubles y reactivos.

Estructura en disolución

Es importante saber cómo se comportan los reactivos de organolitio cuando están disueltos, ya que es así como se usan en las reacciones. A veces, su estructura en disolución es diferente a la que tienen en estado sólido.

Por ejemplo, el metil-litio es un tetrámero en THF, mientras que el n-butil-litio puede ser un hexámero en benceno o un tetrámero en THF.

La espectroscopia RMN es una herramienta muy útil para estudiar cómo se agrupan los organolitios en disolución.

Agregados de organolitio. Jones, 2007.

Los reactivos de organolitio también pueden reaccionar con los disolventes que se usan, especialmente los éteres. La siguiente tabla muestra cuánto tiempo duran algunos compuestos de organolitio en diferentes disolventes y temperaturas:

¿Para qué se usan los reactivos de organolitio?

Los reactivos de organolitio son muy útiles en química porque son extremadamente reactivos. El carbono en el enlace carbono-litio actúa como un "imán" negativo, lo que los convierte en excelentes "nucleófilos" (buscan partes positivas de otras moléculas) y "bases" (quitan hidrógenos).

Son tan reactivos que no pueden estar en contacto con agua, oxígeno o dióxido de carbono. Por eso, deben manejarse en un ambiente especial, como bajo una atmósfera de nitrógeno o argón.

Se usan para:

• Construir nuevas moléculas.
• Quitar hidrógenos de otras moléculas (desprotonación).
• Iniciar reacciones de polimerización (crear cadenas largas de moléculas).
• Preparar otros compuestos con metales.

Uso como nucleófilo: Construyendo moléculas

Como nucleófilos, los reactivos de organolitio pueden unirse a enlaces dobles o triples de carbono, formando nuevas moléculas.

Reacciones de carbolitiación

Esta es una de las reacciones más importantes de los organolitios. Se usan para iniciar la polimerización aniónica, que es un proceso para crear plásticos y otros materiales. Por ejemplo, el n-butil-litio se usa para iniciar la polimerización del estireno o el butadieno.

Polimerización aniónica de estireno iniciada por sec-butil-litio.

También se pueden usar para formar anillos dentro de las moléculas (ciclación intramolecular). Esto es útil para crear estructuras complejas.

Una reacción de carbolitiación intramolecular estereoselectiva.

Adición a compuestos con grupo carbonilo

Los organolitios se usan mucho para añadir partes de moléculas a compuestos que tienen un grupo carbonilo (un átomo de carbono unido a un oxígeno con un doble enlace, como en las cetonas o aldehídos). Esto ayuda a formar alcoholes y otras moléculas.

El LiClO4 aumenta la selectividad del t-BuLi.

Los organolitios son mejores que otros reactivos similares (como los reactivos de Grignard) para reaccionar con ácidos carboxílicos y formar cetonas. También son muy buenos para reaccionar con las amidas de Weinreb para obtener cetonas.

Adición de litio a Weinreb.

También reaccionan con el dióxido de carbono para formar ácidos carboxílicos.

En algunas reacciones, los organolitios pueden unirse a diferentes lugares de una molécula. Los químicos pueden controlar dónde se unen usando aditivos especiales.

Adición 1,4 vs 1,2.

Los organolitios también se usan para crear moléculas con una forma específica (enantioselectiva), lo cual es muy importante en la fabricación de medicamentos. Un ejemplo es la síntesis de Efavirenz, un medicamento importante.

Síntesis de Efavirenz por Merck.

Otras reacciones generales de los compuestos de organolitio incluyen:

• Reacción con sales de ácido carboxílico para dar cetonas.
• Reacción con ésteres para dar alcoholes terciarios.

Reacción de etil-litio con un éster.

Reacciones tipo S_N2

Los organolitios pueden actuar como nucleófilos en reacciones S_N2, donde reemplazan un halógeno en una molécula. Aunque son muy reactivos, a veces pueden tener reacciones secundarias.

Inversión S_N2 con bencil-litio.

Reacciones en compuestos de aril-litio

Los compuestos de aril-litio (con anillos aromáticos) son muy útiles para añadir diferentes grupos a estos anillos. Se pueden usar para añadir grupos alquilo, bromo, yodo o para formar ácidos carboxílicos.

Productos de aromáticos litiados.

Como base: Quitadores de hidrógeno

Los compuestos de organolitio simples (como n-BuLi, sec-BuLi, t-BuLi) son bases muy fuertes. Esto significa que pueden quitar átomos de hidrógeno de casi cualquier compuesto, excepto los alcanos.

Cuantos más grupos alquilo tenga el organolitio, más fuerte será como base. Por ejemplo, el terc-butil-litio es una de las bases más fuertes que se pueden comprar.

Algunas bases de litio muy usadas son las dialquilamidas de litio (LiNR₂), como la diisopropilamida de litio (LDA). Estas son muy buenas para formar "enolatos", que son importantes en muchas reacciones.

Desprotonación de iones de organofosfonio

Los reactivos de Wittig, que se usan para crear nuevos enlaces carbono-carbono, se forman quitando un hidrógeno de sales de fosfonio con una base fuerte como el butil-litio.

Metalación

La metalación, o intercambio de litio-hidrógeno, ocurre cuando un organolitio quita un protón (hidrógeno) de otra molécula, formando un nuevo organolitio.

Los butillitios son los reactivos más comunes para esto. La posición donde se quita el hidrógeno depende de qué tan "ácido" sea ese hidrógeno.

Ortometalación dirigida.

Superbases

Si se añade un alcóxido de potasio al alquil-litio, su fuerza como base aumenta mucho. Estas "superbases" son muy reactivas y selectivas.

Superbase.

Metalación asimétrica

Se pueden obtener organolitios con una forma específica (enantioméricamente enriquecidos) usando la metalación asimétrica. Esto requiere la presencia de una molécula "quiral" (que no se puede superponer con su imagen en el espejo), como la (-)-esparteína.

Síntesis asimétrica con nBuLi y (-)-esparteína.

Formación de enolatos

Los enolatos de litio se forman quitando un hidrógeno de un carbono cercano a un grupo carbonilo. Son muy usados para crear nuevos enlaces carbono-carbono, como en la condensación aldólica.

Reacción aldólica con enolato de litio.

Generalmente, se usan bases fuertes que no actúan como nucleófilos, como las amidas de litio (LDA, LiHMDS).

Modelo de Irlanda para la estereoselectividad del enolato de litio. En este ejemplo, se favorece el enolato (E).

Intercambio halógeno-litio

El intercambio de halógenos por litio es clave en la ciclización de Parham. En esta reacción, un halógeno en un anillo aromático se cambia por litio, y luego el carbono con litio ataca a otra parte de la molécula para formar un nuevo anillo. Esto es muy útil para crear heterociclos (anillos con átomos diferentes de carbono).

Ciclización de Parham en MitoSpin.

Transmetalación: Creando otros compuestos organometálicos

Una de las utilidades más importantes de los organolitios es que sirven como punto de partida para crear otros compuestos organometálicos. Esto se hace reaccionando los organolitios con haluros de otros metales, como el cloruro de zinc para obtener compuestos de organocinc.

Reactivos de organocinc a partir de alquil-litio.

También se usan para formar reactivos de organocobre (como el reactivo de Gilman) o incluso reactivos de Grignard. Además, se pueden preparar compuestos de Organoestaño, organosilicio, organoboro, organofósforo y organoazufre a partir de organolitios.

Adición 1,4 de cuprato.

Otras reacciones

• Reacción con oximas para dar aminas.
• Reacción con isonitrilos para dar aldiminas de litio, que luego se pueden convertir en aldehídos.
• Reacción con ciertos epóxidos para dar alquenos.

Galería de imágenes

• 

  Estructura de tetrámero de metil-litio.

• 

  Estructura de hexámero de n-butil-litio.

• 

  Estructura de escalera polimérica de fenil-litio.

Véase también

En inglés: Organolithium reagent Facts for Kids