¿Cómo funciona la oxidación de Swern?

Saludos, estimados lectores, mi nombre es Flavio y hoy les presentaré un desglose detallado de la oxidación de Swern, una reacción química que facilita la formación de un grupo carbonilo. Este grupo es el punto de unión para dos cadenas laterales que, dependiendo de su estructura, pueden evolucionar en una cetona o un aldehído.

Historia de la Oxidación de Swern

Este método fue una incorporación relativamente moderna a la química orgánica. No fue sino hasta 1976 que Daniel Swern y sus colaboradores iluminaron la comunidad científica con un hallazgo trascendental. Al someter el DMSO (Dimetilsulfóxido) a la acción del Anhídrido trifluoroacético (TFAA) a temperaturas criogénicas, específicamente a -50 °C, en un medio de diclorometano, se forma el trifluoroacetato de trifluoroacetoxidimetilsulfonio. Esta entidad química se caracteriza por su tendencia a reaccionar con alcoholes primarios o secundarios.

Avanzando en la cronología, en 1978, se realiza una mejora al reemplazar el TFAA con cloruro de oxalilo, lo que aumenta notablemente la eficiencia del DMSO como agente activador en la oxidación de alcoholes.

Características generales de la reacción

El diclorometano o DCM se destaca como el solvente predilecto en esta reacción. Se inicia con la interacción entre el DMSO y el cloruro de oxalilo (o el TFAA en su defecto) a temperaturas inferiores a los -78 °C. Posteriormente, se añade con cautela el alcohol y luego, una amina terciaria —como la diisopropilamina (DIPA) o la trietanolamina (TEA)—, que cataliza la descomposición del alkoxisulfonio, una sal intermedia esencial en este proceso. Es relevante mencionar que el tamaño del sustrato no afecta la efectividad de la oxidación.

Precauciones en la Oxidación de Swern

El uso de solventes se vuelve imprescindible, pues el DMSO reacciona de forma violenta al entrar en contacto con el TFAA o el cloruro de oxalilo. Al utilizar TFAA, es crucial recordar que a temperaturas superiores a los -30 °C, el intermediario es propenso a la inestabilidad, conduciendo a la formación de subproductos por el reordenamiento de Pummerer.

Por otro lado, al emplear cloruro de oxalilo, el intermediario presenta inestabilidad sobre los -60 °C. Aunque la aparición de subproductos es rara, se prefiere mantener la reacción a los -78 °C para optimizar la eficiencia.

Mecanismo de la Oxidación de Swern

La oxidación de Swern se efectúa en tres fases esenciales:

1. A temperaturas inferiores a -30 °C, el DMSO realiza un ataque nucleofílico al anhídrido trifluoroacético, liberando una molécula de trifluoroacetato que se asocia al intermediario trifluoroacetoxidimetilsulfonio. En este punto, si la temperatura excede los -30 °C, pueden generarse subproductos indeseados a través del reordenamiento de Pummerer.
2. El alcohol, ya sea primario o secundario, ataca el átomo de azufre del intermediario, originando una sal de alcoxisulfonio, la cual, tras la intervención de una amina terciaria, pierde un hidrógeno y se convierte en un iluro de alcoxisulfonio.
3. Finalmente, un reordenamiento intramolecular en el iluro lleva a la expulsión del tioéter, resultando en la liberación del aldehído o cetona correspondiente.

Mecanismo alternativo

En la variante más empleada, se sustituye el anhídrido trifluoroacético por cloruro de oxalilo, siguiendo también un triplete de etapas:

1. El DMSO ataca a uno de los carbonilos del cloruro de oxalilo, lo que ocasiona la liberación de un ion cloruro que se une al DMSO para formar una sal de clorosulfonio, cuyos subproductos son el dióxido y monóxido de carbono.
2. La sal de clorosulfonio es luego atacada por el alcohol, perdiendo ácido clorhídrico (HCI). La amina terciaria entonces sustrae un protón, produciendo el iluro de alcoxisulfonio.
3. Al igual que en el primer mecanismo, un reordenamiento intramolecular dentro del iluro propicia la eliminación del tioéter y libera el aldehído o la cetona deseada.

Conoce y complementa la informacion sobre la oxidación de Swern con el siguiente video: