Oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny - Oxidation of primary alcohols to carboxylic acids

The oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny je důležité oxidace reakce v organická chemie.

Když primární alkohol je převeden na a karboxylová kyselina, koncový atom uhlíku zvyšuje jeho oxidační stav o čtyři. Oxidanty schopné provádět tuto operaci ve složitých organických molekulách, které obsahují další funkční skupiny citlivé na oxidaci, musí mít podstatnou selektivitu. Nejběžnější oxidanty jsou manganistan draselný (KMnO4), Jonesovo činidlo, PCC v DMF, Heynsova oxidace, oxid ruthenitý (RuO4) a TEMPO.

Oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny

Manganistan draselný

Hlavní článek: Manganistan draselný

Manganistan draselný (KMnO4) je velmi silné oxidační činidlo schopné reagovat s mnoha funkčními skupinami, jako jsou sekundární alkoholy, 1,2-dioly, aldehydy, alkeny, oximy, sulfidy a thioly. Za kontrolovaných podmínek KMnO4 velmi efektivně oxiduje primární alkoholy na karboxylové kyseliny. Tato reakce, kterou poprvé podrobně popsal Fournier,[1][2] se obvykle provádí přidáním KMnO4 na roztok nebo suspenzi alkoholu v alkalickém vodném roztoku. Výsledná směs se míchá, dokud není oxidace dokončena. Aby reakce probíhala efektivně, musí být alkohol alespoň částečně rozpuštěn ve vodném roztoku. To lze usnadnit přidáním organického spolurozpouštědla, jako je dioxan, pyridin, aceton nebo t-BuOH. KMnO4 bude snadno reagovat s dvojnou vazbou uhlík-uhlík před oxidací primárního alkoholu.

Normálně se tyto oxidace provádějí za silných bazických podmínek, protože to podporuje vyšší rychlost a selektivitu oxidace. U substrátů citlivých na silnou bázi může být reakce prováděna při nižším pH - nebo dokonce za kyselých podmínek - za cenu výrazně snížené reakční rychlosti.

Ciufolini a Swaminathan [3] oxidoval primární alkohol na karboxylovou kyselinu pomocí KMnO4 ve vodném NaOH během získávání vzácného derivátu aminokyseliny potřebného pro přípravu antibiotik izolovaných z Actinomadura luzonensis, mikroorganismus nalezený ve vzorku půdy odebraném na ostrově Luzon na Filipínách

KMnO4 se rozkládá ve vodě, což vede k tvorbě oxid manganičitý (MnO2) a plynný kyslík. Tento rozklad je katalyzován kyselinou, zásadou a MnO2. Protože je obtížné odhadnout rozsah tohoto rozkladu během oxidace primárních alkoholů, množství KMnO4 musí být během oxidace nastaveno postupným přidáváním, dokud není oxidace dokončena.

Jonesova oxidace

Hlavní článek: Jonesova oxidace

Takzvaný Jonesovo činidlo je připraven rozpuštěním oxid chromitý (CrO3) ve vodném kyselina sírová, což vede k tvorbě načervenalého roztoku obsahujícího kyselinu chromovou (H2CrO4) a jejich oligomery. Přidání Jonesova činidla do roztoku primárního alkoholu v aceton (jak poprvé popsal Jones[4][5]) vede k oxidaci alkoholu na karboxylovou kyselinu. Tento klasický protokol zahrnující a přímé přidání, se používá velmi často bez ohledu na to, že často vede k tvorbě podstatného množství estery (vlastnit strukturu R-CO-O-CH2-R) odvozené z oxidativní dimerizace primárních alkoholů. Holland a Gilman[6] prokázal, že tato vedlejší reakce může být velmi potlačena sledováním inverzní sčítání protokol, kdy se roztok primárního alkoholu v acetonu pomalu přidává do Jonesova činidla za podmínek tak zředěných, jak je to praktické.

Jonesovo činidlo interaguje se sekundárními alkoholy, což vede k oxidaci na ketony.[7] Ošetření sloučenin obsahujících primární i sekundární alkoholy Jonesovým činidlem vede k tvorbě ketokyselin.

Problémy, které se vyskytly při používání velkého množství oxidu chromitého, který je toxický a nebezpečný pro životní prostředí, vedly k vývoji společnosti Zhao [8] katalytického postupu zahrnujícího ošetření přebytkem kyselina jodistá (H5IO6) v přítomnosti asi 1,2 mol% CrO3. Zhaův postup pro použití katalytického CrO3 je velmi vhodný pro reakce ve velkém měřítku.[9]

Crimmins a DeBaillie[10] použil oxidaci Zhao primárních alkoholů na kyseliny pomocí katalytického CrO3 a přebytek H5IO6, v jednom kroku syntézy bistramidu A1, protinádorová sloučenina izolovaná z moří ascidian Lissoclinum bistratum s potenciálem pro léčbu plicního karcinomu malých buněk.

PDC v DMF (Corey a Schmidt)

Hlavní článek: pyridiniumdichromát

Pyridiniumdichromát (PDC) je jasně oranžová pevná látka se vzorci (C.5H5NH)2Cr2Ó7 který se velmi často používá k oxidaci primárních a sekundárních alkoholů na aldehydy a ketony. Na druhou stranu v roce 1979 ohlásili Corey a Schmidt [11] ta reakce nasycený primární alkoholy s PDC, za použití dimethylformamidu (Mě2NCHO, DMF) jako rozpouštědlo vede spíše k oxidaci na karboxylové kyseliny než na aldehydy. Na primárních allylových a benzylových alkoholech nedochází k oxidaci na karboxylové kyseliny. Proces Coreyho a Schmidta pro oxidaci nasycených primárních alkoholů na karboxylové kyseliny probíhá za v podstatě neutrálních podmínek.

Heynsova oxidace

Při oxidaci heynů je oxidačním činidlem kombinace kyslíku a Platina.

Ruthenium tetroxide

Hlavní článek: Ruthenium tetroxide

Oxid ruthenitý má mnoho použití v organické chemii jako oxidační činidlo. Je to agresivní prostředek umožňující mírné reakční podmínky.

Dvoustupňová oxidace alkoholů na kyseliny pomocí izolovaných aldehydů

Vzhledem k tomu, že řada výše uvedených podmínek pro oxidaci primárních alkoholů na kyseliny je tvrdá a není kompatibilní s běžnými ochrannými skupinami, používají organičtí chemici pro oxidaci na kyseliny dvoustupňový postup. Primární alkohol se oxiduje na aldehyd pomocí jednoho z mnoha stávajících postupů (např. IBX oxidace, Dess – Martin periodinane ). Aldehyd lze poté podrobit podmínkám Pinnickova oxidace použitím chloritan sodný.[12]Tato sekvence se často používá při syntéze přírodních produktů, Nicolaou et al. aplikovali při syntéze platencinu.[13]

Reference

  1. ^ Fournier, H.M. (1907). „Transformation des alcools primaires saturès en acides monobasiques korespondenti“. Comptes Rendus Acad. Sci.: 331.
  2. ^ Fournier, H.M. (1909). Býk. Soc. Chim. Fr.: 920. Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc)
  3. ^ Ciufolini, M. A.; Swaminathan, S. (1989). „Syntéza modelového depsipeptidového segmentu luzopeptinů (BBM 928), silného protinádorového a antiretrovirového antibiotika“. Tetrahedron Lett. 30 (23): 3027. doi:10.1016 / S0040-4039 (00) 99393-6.
  4. ^ Heilbron, I .; Jones, E.R.H .; Sondheimer, F. (1947). "315. Výzkumy acetylenových sloučenin. Část XIV. Studie reakcí snadno dostupného ethynyl-ethylenalkoholu, pent-2-en-4-in-1-olu". J. Chem. Soc.: 1586. doi:10.1039 / jr9470001586.
  5. ^ Heilbron, I .; Jones, E.R.H. (1949). "129. Výzkumy acetylenických sloučenin. Část XV. Oxidace primárních acetylenických karbinolů a glykolů". J. Chem. Soc.: 604. doi:10.1039 / jr9490000604.
  6. ^ Holland, B.C .; Gilman, N.W. (1974). „Vylepšený postup pro oxidaci alkynolů na alkynolové kyseliny“. Synth. Commun. 4 (4): 203. doi:10.1080/00397917408062073.
  7. ^ Vidět Oxidace alkoholů na aldehydy a ketony.
  8. ^ Zhao, M .; Li, J .; Song, Z .; Desmond, R .; Tschaen, D.M .; Grabowski, E.J.J .; Reider, P.J. (1998). "Nový oxid chromitý katalyzovaný oxidací primárních alkoholů na karboxylové kyseliny". Tetrahedron Lett. 39 (30): 5323. doi:10.1016 / S0040-4039 (98) 00987-3.
  9. ^ Song, Z.J .; Zhao, M .; Desmond, R .; Devine, P .; Tschaen, D.M .; Tillyer, R .; Frey, L .; Heid, R .; Xu, F .; Foster, B .; Li, J .; Reamer, R .; Volante, R .; Grabowski, E.J.J .; Dolling, U.H .; Reider, P.J. (1999). „Praktická asymetrická syntéza antagonisty endotelinového receptoru“. J. Org. Chem. 64 (26): 9658. doi:10.1021 / jo991292t.
  10. ^ Crimmins, M.T. & DeBaillie, A.C. (2006). "Enantioselektivní celková syntéza bistramidu A". J. Am. Chem. Soc. 128 (15): 4936–7. doi:10.1021 / ja057686l. PMC  2546575. PMID  16608311.
  11. ^ Corey, E.J .; Schmidt, G. (1979). "Užitečné postupy pro oxidaci alkoholů zahrnujících pyridiniumdichroman v aprotickém médiu". Tetrahedron Lett. 20 (52): 399. doi:10.1016 / S0040-4039 (01) 93515-4.
  12. ^ Bal B.S .; Childers, Jr. W.E .; Pinnick H.W. (1981). „Oxidace α, β-nenasycených aldehydů“. Čtyřstěn (abstraktní). 37 (11): 2091. doi:10.1016 / S0040-4020 (01) 97963-3.
  13. ^ Nicolaou K.C .; Scott Tria G .; Edmonds D. J. (2008). "Celková syntéza platencinu". Angew. Chem. 120 (9): 1804. doi:10.1002 / ange.200800066.

Další čtení

  • Marcos Fernández; Gabriel Tojo (2006). Oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny: Průvodce současnou běžnou praxí (základní reakce v organické syntéze). Berlín: Springer. ISBN  0-387-35431-X.