Окисление первичных спиртов до карбоновых кислот - Oxidation of primary alcohols to carboxylic acids

В окисление первичных спиртов до карбоновых кислот это важный окисление реакция в органическая химия.

Когда первичный спирт преобразуется в карбоновая кислота, концевой атом углерода увеличивает степень окисления на четыре. Окислители, способные выполнять эту операцию в сложных органических молекулах, содержащих другие чувствительные к окислению функциональные группы, должны обладать значительной селективностью. Наиболее распространенные окислители: перманганат калия (KMnO4), Реактив Джонса, PCC в DMF, Окисление Хейнса, четырехокись рутения (RuO4) и ТЕМП.

Окисление первичных спиртов до карбоновых кислот

Перманганат калия

Основная статья: Перманганат калия

Перманганат калия (KMnO4) является очень сильным окислителем, способным реагировать со многими функциональными группами, такими как вторичные спирты, 1,2-диолы, альдегиды, алкены, оксимы, сульфиды и тиолы. В контролируемых условиях KMnO4 очень эффективно окисляет первичные спирты до карбоновых кислот. Эта реакция, впервые подробно описанная Фурнье,[1][2] обычно осуществляется добавлением KMnO4 к раствору или суспензии спирта в щелочном водном растворе. Полученную смесь перемешивают до полного окисления. Чтобы реакция протекала эффективно, спирт должен быть, по крайней мере, частично растворен в водном растворе. Этому может способствовать добавление органического сорастворителя, такого как диоксан, пиридин, ацетон или т-BuOH. KMnO4 будет легко реагировать с двойной связью углерод-углерод перед окислением первичного спирта.

Обычно это окисление проводят в сильных щелочных условиях, поскольку это способствует большей скорости и селективности окисления. На субстратах, чувствительных к сильному основанию, реакцию можно проводить при более низком pH - или даже в кислых условиях - за счет значительного снижения скорости реакции.

Чуфолини и Сваминатан [3] окислил первичный спирт до карбоновой кислоты с помощью KMnO4 в водном растворе NaOH во время получения редкого производного аминокислоты, необходимого для приготовления антибиотиков, выделенных из Actinomadura luzonensis, микроорганизм, обнаруженный в образце почвы, собранной на острове Лусон на Филиппинах.

KMnO4 разлагается в воде, в результате чего образуется диоксид марганца (MnO2) и газообразный кислород. Это разложение катализируется кислотой, основанием и MnO.2. Поскольку степень этого разложения при окислении первичных спиртов трудно оценить, количество KMnO4 необходимо регулировать во время окисления, добавляя его последовательно, пока окисление не завершится.

Окисление Джонса

Основная статья: Окисление Джонса

Так называемой Реактив Джонса готовится путем растворения триоксид хрома (CrO3) в водной серная кислота, в результате чего образуется красноватый раствор, содержащий хромовую кислоту (H2CrO4) и их олигомеры. Добавление реактива Джонса к раствору первичного спирта в ацетон (как впервые описал Джонс[4][5]) приводит к окислению спирта до карбоновой кислоты. Этот классический протокол, включающий прямое добавление, используется очень часто, несмотря на то, что часто приводит к образованию значительных количеств сложные эфиры (имеющий структуру R-CO-O-CH2-R), полученный в результате окислительной димеризации первичных спиртов. Холланд и Гилман[6] доказано, что эту побочную реакцию можно значительно подавить, следуя обратное сложение протокол, в соответствии с которым раствор первичного спирта в ацетоне медленно добавляется к реактиву Джонса в условиях, насколько возможно разбавленных.

Реагент Джонса взаимодействует со вторичными спиртами, что приводит к окислению до кетонов.[7] Обработка соединений, содержащих как первичные, так и вторичные спирты, реактивом Джонса приводит к образованию кетокислот.

Проблемы, возникающие при использовании больших количеств токсичного и опасного для окружающей среды триоксида хрома, послужили поводом для разработки Zhao [8] каталитической процедуры, включающей обработку с избытком периодная кислота (ЧАС5IO6) в присутствии около 1,2 мол.% CrO3. Процедура Чжао по использованию каталитического CrO3 очень хорошо подходит для крупномасштабных реакций.[9]

Crimmins и DeBaillie[10] использовали окисление первичных спиртов Чжао до кислот с использованием каталитического CrO3 и избыток H5IO6, на одной стадии синтеза бистрамида A1, противоопухолевое соединение, выделенное из морских асцидиан Lissoclinum bistratum с потенциалом для лечения немелкоклеточной карциномы легких.

PDC в DMF (Кори и Шмидт)

Основная статья: дихромат пиридиния

Дихромат пиридиния (PDC) - ярко-оранжевое твердое тело с формулами (C5ЧАС5NH)2Cr2О7 который очень часто используется для окисления первичных и вторичных спиртов до альдегидов и кетонов соответственно. С другой стороны, в 1979 году Кори и Шмидт сообщили [11] эта реакция насыщенный первичные спирты с PDC, с использованием диметилформамида (Мне2NCHO, DMF) в качестве растворителя приводит к окислению до карбоновых кислот, а не до альдегидов. Аллиловые и бензильные первичные спирты не окисляются до карбоновых кислот. Процедура Кори и Шмидта для окисления насыщенных первичных спиртов до карбоновых кислот выполняется в практически нейтральных условиях.

Окисление Хейнса

При окислении кур окислитель представляет собой комбинацию кислорода и платина.

Четырехокись рутения

Основная статья: Четырехокись рутения

Четырехокись рутения широко используется в органической химии в качестве окислителя. Это агрессивный агент, допускающий мягкие условия реакции.

Двухступенчатое окисление спиртов до кислот через изолированные альдегиды

Поскольку многие из вышеупомянутых условий окисления первичных спиртов до кислот жесткие и несовместимы с обычными защитными группами, химики-органики часто используют двухэтапную процедуру окисления до кислот. Первичный спирт окисляется до альдегид используя одну из многих существующих процедур (например, IBX окисление, Десс – Мартин периодинан ). Затем альдегид может быть подвергнут условиям Пинник окисление с помощью хлорит натрия.[12]Эта последовательность часто используется в синтезе природных продуктов, Nicolaou et al. применили его в синтезе Платенцина.[13]

Рекомендации

  1. ^ Фурнье, Х. (1907). "Transformation des alcools primaires saturès en acides monobasiques Соответствующие". Comptes Rendus Acad. Sci.: 331.
  2. ^ Фурнье, Х. (1909). Бык. Soc. Чим. Пт.: 920. Отсутствует или пусто | название = (Помогите)
  3. ^ Ciufolini, M.A .; Сваминатан, С. (1989). «Синтез модельного депсипептидного сегмента лузопептинов (BBM 928), мощных противоопухолевых и антиретровирусных антибиотиков». Tetrahedron Lett. 30 (23): 3027. Дои:10.1016 / S0040-4039 (00) 99393-6.
  4. ^ Heilbron, I .; Jones, E.R.H .; Сондхеймер, Ф. (1947). «315. Исследования ацетиленовых соединений. Часть XIV. Исследование реакций легкодоступного этинилэтиленового спирта пент-2-ен-4-ин-1-ола». J. Chem. Soc.: 1586. Дои:10.1039 / jr9470001586.
  5. ^ Heilbron, I .; Джонс, E.R.H. (1949). «129. Исследования по ацетиленовым соединениям. Часть XV. Окисление первичных ацетиленовых карбинолов и гликолей». J. Chem. Soc.: 604. Дои:10.1039 / jr9490000604.
  6. ^ Голландия, Британская Колумбия; Гилман, Н.В. (1974). «Улучшенная процедура окисления алкинолов до алкиновых кислот». Synth. Commun. 4 (4): 203. Дои:10.1080/00397917408062073.
  7. ^ Видеть Окисление спиртов до альдегидов и кетонов.
  8. ^ Чжао, М .; Li, J .; Песня, З .; Desmond, R .; Tschaen, D.M .; Grabowski, E.J.J .; Рейдер, П.Дж. (1998). «Новый триоксид хрома, катализируемый окислением первичных спиртов до карбоновых кислот». Tetrahedron Lett. 39 (30): 5323. Дои:10.1016 / S0040-4039 (98) 00987-3.
  9. ^ Песня, Z.J .; Чжао, М .; Desmond, R .; Devine, P .; Tschaen, D.M .; Tillyer, R .; Frey, L .; Heid, R .; Xu, F .; Фостер, Б .; Li, J .; Reamer, R .; Volante, R .; Grabowski, E.J.J .; Dolling, U.H .; Рейдер, П.Дж. (1999). «Практический асимметричный синтез антагониста рецептора эндотелина». J. Org. Chem. 64 (26): 9658. Дои:10.1021 / jo991292t.
  10. ^ Crimmins, M.T. И ДеБэйли, A.C. (2006). «Энантиоселективный тотальный синтез бистрамида А». Варенье. Chem. Soc. 128 (15): 4936–7. Дои:10.1021 / ja057686l. ЧВК  2546575. PMID  16608311.
  11. ^ Кори, E.J .; Шмидт, Г. (1979). «Полезные методы окисления спиртов с участием дихромата пиридиния в апротических средах». Tetrahedron Lett. 20 (52): 399. Дои:10.1016 / S0040-4039 (01) 93515-4.
  12. ^ Бал Б.С .; Childers, Jr. W.E .; Пинник Х.В. (1981). «Окисление α, β-ненасыщенных альдегидов». Тетраэдр (Абстрактные). 37 (11): 2091. Дои:10.1016 / S0040-4020 (01) 97963-3.
  13. ^ Николау К.К .; Scott Tria G .; Эдмондс Д. Дж. (2008). «Полный синтез платенцина». Энгью. Chem. 120 (9): 1804. Дои:10.1002 / ange.200800066.

дальнейшее чтение

  • Маркос Фернандес; Габриэль Тохо (2006). Окисление первичных спиртов до карбоновых кислот: руководство по современной общепринятой практике (основные реакции в органическом синтезе). Берлин: Springer. ISBN  0-387-35431-X.