N-butil-litio

El compuesto químico n-butil-litio (a menudo abreviado n-BuLi o simplemente BuLi) es el reactivo de tipo organo-litio más extendido. Se usa ampliamente como iniciador de polimerización en la producción de elastómeros como el polibutadieno o el SBS. También se emplea como base fuerte en síntesis orgánica.

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La producción de butil-litio y otros organo-litios se estima en unas 1.800 toneladas / año. Debido a su reactividad al contacto con el aire, el n-butil-litio se comercializa o bien en solución orgánica, a menudo en hexano, o bien en estado sólido pero bajo atmósfera inerte.

Propiedades físico-químicas

Debido al carácter pirofórico del butil-litio y de sus soluciones, la determinación de sus propiedades físico-químicas requiere una gran prudencia para evitar el contacto con el aire. Reaccionea violentamente con el agua formando hidróxido de litio, fuertemente corrosivo:

C₄H₉Li + H₂O → C₄H₁₀ + LiOH

También reacciona con el CO₂ para dar pentanoato de litio:

C₄H₉Li + CO₂ → C₄H₉CO₂Li

A causa de la fuerte diferencia de electronegatividad entre los átomos de carbono (2.55) y litio (0.98), el enlace C-Li está fuertemente polarizado, si bien no llega a ser iónico. La separación de carga no se conoce con precisión pero se estima a entre 55 y 95 %. Por ello en la descripción práctica de alguna síntesis orgánica a veces se nota el compuesto como n-Bu^-Li⁺.

Tanto en estado sólido como en solución, el BuLi, al igual que otros muchos organo-litios, se presenta como un cluster formado de enlaces covalentes Li-Li e Li-C. La forma principal es la tetrámera Li₄ que describe un tetraedro cuyos vértices son átomos de litio ligados al grupo n-butilo. Esta estructura en el estado sólido explica la alta solubilidad en solventes apolares de estos compuestos. La propiedad del litio de coordinarse con cadenas múltiples de hidrocarburos, usando sus orbitales no ocupados, permite al butil-litio coordinarse con otros donantes σ en solución.

Síntesis

La reacción clásica de síntesis combina el bromuro o el cloruro de n-butilo (abreviados respectivamente BuBr o BuCl) con litio metálico:

2 Li + C₄H₉Br → C₄H₉Li + LiBr

La reacción es catalizada por la presencia de sodio como impureza (1%) en el litio. Los disolventes utilizados para la síntesis son principalmente el benceno, ciclohexano, hexano y dietiléter. Cuando se utiliza BuBr el producto consiste en una solución homogénea que contiene un clúster mixto de BuLi y LiBr. Con BuCl se obtiene un precipitado de LiCl.

Reactividad

El BuLi da reacciones de intercambio doble con los halogenuros de alquilo, típicamente con los bromuros, produciendo otros organo-litios:

C₄H₉Li + RBr → C₄H₉Br + RLi

Estas reacciones se suelen llevar a cabo en dietiléter a -78°C.

Una categoría similar de reacciones comprende la transmetalación, en la cual dos compuestos organometálicos intercambian sus componentes metálicos. En muchos casos, estas reacciones implican un intercambio del litio con el estaño:

C₄H₉Li + (CH₃)₃Sn(C₆H₅) → C₄H₉Sn(CH₃)₃ + C₆H₅Li

Una de las propiedades más útiles del BuLi es su basicidad: puede deshidrogenar a cualquier hidrocarburo cuya base conjugada esté un poco estabilizada por deslocalización electrónica. Los ejemplos incluyen el alquil-acetileno, el fenil-acetileno, el metil-fosfeno y el ferroceno. La estabilidad termodinámica y la volatilidad del butano desplazan el equilibrio hacia el lado de los productos. La cinética de la basicidad del BuLi depende del solvente utilizado. Genéricamente, la reacción ácido-base se indica de la manera siguiente:

C₄H₉Li + RH C₄H₁₀ + R-Li

Los ligandos que complejan al Li⁺, como la tetrametilendiamina (TMEDA) y el 1,4-diazobiciclo[2.2.2]octano (DABCO), polarizan el enlace C-Li y aceleran su ruptura. Algunos aditivos favorecen el aislamiento del derivado del litio, siendo un ejemplo notorio el del dilitioferroceno:

Fe(C₅H₅)₂ + 2 C₄H₉Li + 2 TMEDA → C₄H₁₀ + Fe(C₅H₄Li)₂(TMEDA)₂

Los organo-litios, incluido el n-BuLi, pueden ser utilizados en la síntesis de aldehídos y cetonas. Un ejemplo es la reacción con una amida bisustituida:

RLi + R'CON(CH₃)₂ → (CH₃)₂NLi + R'C(=O)R

También pueden ser utilizados en la síntesis de alquenos. Al calentarlos, los compuestos organolíticos sufren una eliminación de β-hidrógeno, produciendo un alqueno e hidruro de litio:

C₄H₉Li + Δ → LiH + CH₃CH₂CH=CH₂