La reacción de Wittig y procesos relacionados
En la reacción de Wittig un iluro de fósforo reacciona con un aldehído o una cetona y da un alqueno y óxido de trifenilfosfina. El doble enlace C=C se forma exactamente donde estaba el C=O, sin las mezclas de regioisómeros que dan las eliminaciones, y su geometría puede controlarse eligiendo el tipo de iluro.
Los iluros de fósforo
Un iluro es una especie con un carbanión unido directamente a un heteroátomo con carga positiva. Los iluros de fósforo se preparan en dos pasos: la trifenilfosfina, buen nucleófilo, desplaza a un haluro de alquilo primario o secundario (SN2) y da una sal de fosfonio; una base fuerte arranca después el protón del carbono unido al fósforo, que es ácido porque la carga negativa queda junto al P+.
El iluro se suele escribir con la forma de doble enlace P=C (un fosforano), pero su comportamiento es el de la forma dipolar: el carbono es nucleófilo. La base necesaria depende de los sustituyentes del carbono. Los iluros con grupos alquilo (no estabilizados) exigen n-BuLi, NaNH2 o NaHMDS y son muy reactivos; los que tienen un grupo atractor de electrones conjugado, como un éster o una cetona (estabilizados), se forman con bases débiles, son a menudo sólidos estables que se compran y reaccionan bien con los aldehídos, pero mal con las cetonas.
Mecanismo
El iluro y el compuesto carbonílico se combinan en una cicloadición [2+2] que forma un anillo de cuatro eslabones con fósforo y oxígeno, el oxafosfetano. Este intermedio se fragmenta (una cicloreversión) en el alqueno y el óxido de trifenilfosfina. La fuerza motriz de toda la reacción es la formación del enlace P=O, uno de los más fuertes de la química orgánica (unos 540 kJ/mol).
Durante mucho tiempo se propuso que el primer intermedio era una betaína (el alcóxido con el P+), que después se cerraba al oxafosfetano. Los estudios de RMN de 31P a baja temperatura muestran que, sin sales de litio, el oxafosfetano se forma directamente; las betaínas solo intervienen cuando el litio las estabiliza.
Estereoselectividad
La geometría del alqueno se decide al formarse el oxafosfetano. Con los iluros no estabilizados la cicloadición es rápida e irreversible, y el estado de transición más favorable, en el que los sustituyentes se alejan de los fenilos del fósforo, conduce al oxafosfetano cis y al alqueno Z, sobre todo en ausencia de sales de litio. Con los iluros estabilizados se forma el oxafosfetano trans, más estable, y el producto es el alqueno E.
Si se desea el alqueno E con un iluro no estabilizado puede recurrirse a la modificación de Schlosser: la reacción se hace a −78 °C con sales de litio, que estabilizan la betaína; se añade un segundo equivalente de fenil-litio, que la desprotona al β-oxido iluro, este se equilibra a la forma trans, más estable, y la protonación y la eliminación posteriores dan el alqueno E.
La reacción de Horner-Wadsworth-Emmons
Los carbaniones de los fosfonatos son más nucleófilos que los iluros estabilizados y reaccionan también con las cetonas. Los fosfonatos se preparan por la reacción de Arbuzov: un fosfito de trialquilo desplaza a un haluro de alquilo y la sal de fosfonio intermedia pierde un grupo alquilo por ataque del haluro. Con NaH u otra base se forma el carbanión, que con un aldehído da casi exclusivamente el alqueno E. Otra ventaja práctica es que el subproducto, un fosfato de dialquilo, es soluble en agua y se separa con un simple lavado, mientras que el óxido de trifenilfosfina suele exigir una cromatografía.
En la variante de Still-Gennari los grupos etoxilo del fosfonato se sustituyen por 2,2,2-trifluoroetoxilo, muy atractores de electrones. La eliminación del oxafosfetano se acelera tanto que ocurre antes de que los intermedios se equilibren, y con una base de potasio y un éter corona, a −78 °C, se obtiene el alqueno Z.
Repasa los fundamentos en la reacción de Wittig de La Química Orgánica Transparente. La reacción la describió Georg Wittig en 1953-1954; la variante con fosfonatos la introdujo Leopold Horner en 1958 y la desarrollaron William S. Wadsworth y William D. Emmons en 1961.