n-butillitio: proprietà, reazioni, usi

Il composto litio-organico n-butillitio con formula CH₃CH₂CH₂CH₂Li è ampiamente utilizzato nella polimerizzazione anionica vinilica. Quando viene aggiunto il solvente tetraidrofurano o etere etilico, si forma comunemente un tetramero con quattro molecole di solvente coordinate, che con concentrazioni maggiori si trasforma parzialmente in un dimero tetrasolvatato.

Proprietà

Questo liquido incolore, commercializzato in soluzioni di alcani come esani a varie concentrazioni, tende a diventare giallastro a seconda della concentrazione. Le soluzioni più diluite sono stabili, mentre quelle concentrate subiscono decomposizione termica producendo 1-butene e idruro di litio secondo la reazione: CH₃CH₂CH₂CH₂Li → CH₃CH₂CH=CH₂ + LiH. L’idruro di litio generato è piroforico.

L’n-butillitio agisce come base forte, nucleofilo energico e riducente efficace a causa del legame fortemente polare tra carbonio e litio. Come altri composti litio-organici, tende ad aggregarsi, assumendo una struttura ottamera a -40°C in solventi idrocarburici che si trasforma in esamero al crescere della temperatura.

Sintesi

Per preparare l’n-butillitio con una resa elevata, si può partire da 1-clorobutano o 1-bromobutano e litio metallico in etere etilico anidro o solventi idrocarburici secondo la reazione: CH₃CH₂CH₂CH₂Cl + 2 Li → CH₃CH₂CH₂CH₂Li + LiCl.

Reazioni

L’n-butillitio reagisce con acqua formando n-butano e idrossido di litio: CH₃CH₂CH₂CH₂Li + H₂O → CH₃CH₂CH₂CH₃ + LiOH.

In presenza di tetraidrofurano, reagisce con l’etino per formare acetiluro di litio e n-butano: CH₃CH₂CH₂CH₂Li + HC≡CH + CH₃CH₂CH₂CH₂Li → HC≡CLi + CH₃CH₂CH₂CH₃.

Con i bromuri o ioduri alchilici produce bromobutano (iodobutano) e un composto litio-organico: CH₃CH₂CH₂CH₂Li + RBr → CH₃CH₂CH₂CH₂Br + RLi.

Infine, con biossido di carbonio si ottiene pentanoato di litio: CH₃CH₂CH₂CH₂Li + CO₂.

Ruolo dell’ n-butillitio in chimica organica

L’ n-butillitio è un composto utilizzato per la sua capacità di generare altri composti litio-organici funzionalizzati mediante metallazione. Questo processo si basa sulla capacità dell’ n-butillitio di deprotonare i protoni debolmente acidi presenti in molecole come aldeidi, chetoni, solfoni, nitrili e altri composti.

Applicazioni dell’ n-butillitio

Uno dei principali utilizzi dell’ n-butillitio è come iniziatore nella polimerizzazione vinilica. Questo avviene attraverso la scissione di molecole che porta alla formazione del carbanione CH3CH2CH2CH2-. Tale carbanione può reagire attaccando il doppio legame di un alcene, ad esempio nel caso dell’etene:

CH3CH2CH2CH2- + CH2=CH2 → CH3CH2CH2CH2CH2CH2-

Questa reazione prosegue nella fase di propagazione, generando catene polimeriche sempre più lunghe. La terminazione della reazione avviene quando si aggiunge una specie protica come H2O o NH3 nel sistema reattivo.

In conclusione, l’ n-butillitio svolge un ruolo fondamentale nella sintesi di composti organici funzionalizzati e come iniziatore nella polimerizzazione vinilica, permettendo la creazione di catene polimeriche di dimensioni variabili.