Karbonylreduksjon



All kunnskapen som mennesket har samlet i århundrer om Karbonylreduksjon er nå tilgjengelig på internett, og vi har samlet og bestilt den for deg på en mest mulig tilgjengelig måte. Vi vil at du skal kunne få tilgang til alt relatert til Karbonylreduksjon som du vil vite raskt og effektivt; at opplevelsen din er hyggelig og at du føler at du virkelig har funnet informasjonen om Karbonylreduksjon som du lette etter.

For å nå våre mål har vi gjort en innsats for ikke bare å få den mest oppdaterte, forståelige og sannferdige informasjonen om Karbonylreduksjon, men vi har også passet på at utformingen, lesbarheten, lastehastigheten og brukervennligheten til siden være så hyggelig som mulig, slik at du på denne måten kan fokusere på det essensielle, kjenne til all data og informasjon som er tilgjengelig om Karbonylreduksjon, uten å måtte bekymre deg for noe annet, vi har allerede tatt hånd om det for deg. Vi håper vi har oppnådd vårt formål og at du har funnet informasjonen du ønsket om Karbonylreduksjon. Så vi ønsker deg velkommen og oppfordrer deg til å fortsette å nyte opplevelsen av å bruke scientiano.com.

I organisk kjemi er karbonylreduksjon den organiske reduksjonen av en hvilken som helst karbonylgruppe med et reduksjonsmiddel .

Typiske karbonylforbindelser er ketoner , aldehyder , karboksylsyrer , estere og syrehalogenider. Karboksylsyrer, estere og syrehalogenider kan reduseres til enten aldehyder eller et steg videre til primære alkoholer , avhengig av styrken til reduksjonsmiddelet; aldehyder og ketoner kan reduseres til henholdsvis primære og sekundære alkoholer . Ved deoksygenering kan alkoholen reduseres ytterligere og fjernes helt.

Metallhydrider basert på bor og aluminium er vanlige reduksjonsmidler; katalytisk hydrogenering er også en viktig metode for å redusere karbonyler. Før oppdagelsen av løselige hydridreagenser ble estere redusert av Bouveault-Blanc-reduksjonen , og brukte en blanding av natriummetall i nærvær av alkoholer.

Karboksylsyrederivater, aldehyder og ketoner til alkoholer

Hydridreduksjonsmekanisme

Mekanisme

Den reaksjonsmekanisme for metallhydrid, reduksjon er basert på nukleofil addisjon av hydridet til karbonylkarbonet. I noen tilfeller aktiverer alkalimetallkationen, spesielt Li + , karbonylgruppen ved å koordinere til karbonyloksygenet, og derved forbedre karbonylens elektrofilitet .

For reduksjoner av karboksylsyrederivater, etter reduksjon med et aluminiumhydridion, fører en eliminering til aldehydproduktet (som kan reduseres en gang til en alkohol):

Ester reduksjon.png

For reduksjoner av aldehyder og ketoner reduserer et aluminiumhydridion forbindelsen til å danne et alkoksidsalt. Etter fullstendig reduksjon protoneres alkoksidet for å gi alkoholproduktet:

Aldehydreduksjon.png

Trender i karbonylreaktivitet

Ketoner er mindre reaktive enn aldehyder på grunn av større steriske effekter, og fordi den ekstra alkylgruppen kan donere elektrontetthet til den delvis positive ladningen av den polære C = O-bindingen. Derfor reduserer aldehyder lettere enn ketoner og krever mildere reagenser og mildere forhold. Karboksylsyrer og estere stabiliseres ytterligere ved tilstedeværelsen av et andre oksygenatom som kan donere et ensomt par til den allerede polare C = O-binding. Acylhalogenider er de minst stabile av karbonylene siden halogenider er dårlige elektrondonorer , så vel som store forlatende grupper .

Resultatet av disse trendene i karbonylreaktivitet er at syrehalogenider, ketoner og aldehyder vanligvis er de lettest reduserte forbindelsene, mens syrer og estere krever sterkere reduksjon.

Trender i metallhydridreaktivitet

Fire hovedfaktorer bidrar til styrken av metallhydridreduserende midler. For det første avhenger motionens evne til å aktivere karbonyler av hvor godt det kan koordinere seg med karbonyloksygenet. Litium er mindre og mer elektrofilt enn natrium, så det koordinerer mye sterkere og aktiverer karbonylen mer. Metaller som kan ha flere ladninger (som Mg, Al og Zn) danner kationer med høy ladetetthet, og er derfor også sterkere aktivatorer enn Na + .

For det andre kan det sentrale metallet påvirke et reduksjonsmiddels styrke. Aluminium er større enn bor, så det binder svakere til hydrider, som er mer angrepsfrie; aluminiumhydrider er derfor bedre reduksjonsmidler enn borhydrider. En tredje faktor, steriske stoffer, er det som gjør visse substituerte hydrider (hydrider der en eller flere hydrider erstattes av substituenter) til mye svakere reduksjonsmidler enn andre metallhydrider: natriumtriacetoksyborhydrid (NaBH (OAc) 3 ), for eksempel, kan brukes til å selektivt redusere aldehyder, og la de mindre reaktive ketonene være ureagerte.

Endelig kan substituenter ha andre effekter på reaksjonsevnen til et reduksjonsmiddel: acetoksygrupper hindrer den reduserende effekten av NaBH (OAc) 3 ikke bare gjennom sterisk bulk, men også fordi de trekker seg ut av elektron. Cyanogrupper hindrer også reduksjonsmidler, mens elektrondonerende grupper som alkylgrupper kan forbedre dem, for eksempel i superhydrid (litium trietylborhydrid), som er en sterk nok nukleofil til å forhindre uønsket omlegging under reduksjon.

På grunn av disse substituenteffektene er NaBH 3 CN en veldig dårlig reduksjonsmiddel ved moderat pH (> 4), så den foretrekker reduktiv aminering fremfor karbonylreduksjon, som vist nedenfor:

Karbonyl og amin gjennomgår dehydrering for å danne et iminiumion-mellomprodukt, som deretter gjennomgår reduktiv aminering for å danne aminet.

Den relativt svake reduksjonsenheten natriumborhydrid brukes vanligvis for å redusere ketoner og aldehyder fordi den i motsetning til litiumaluminiumhydrid tåler mange funksjonelle grupper (nitrogruppe, nitril, ester) og kan brukes med vann eller etanol som løsningsmidler. Litiumaluminiumhydrid og andre sterke reduksjonsmidler som diisobutylaluminiumhydrid, L-selectrid, diboran, diazen og aluminiumhydrid kan også redusere aldehyder og ketoner, men blir ugunstige fordi de er farlige og voldsomt reaktive. Imidlertid er disse forbindelsene nyttige for å redusere karboksylsyrer og estere til alkoholer, siden natriumborhydrid ikke er kraftig nok til å gjøre det.

Følgende tabell illustrerer hvilke karbonylfunksjonelle grupper som kan reduseres med hvilke reduksjonsmidler (noen av disse reagensene varierer i effektivitet avhengig av reaksjonsbetingelser):

Tabell over mulige reaksjoner mellom karbonylgrupper og reduksjonsmidler

Karboksylsyrederivater til aldehyder

Bruke metallhydrider

Forming aldehyder fra karboksylsyrederivatene er ofte en utfordring, fordi svakere reduksjonsmidler (NaBH 4 ) er i stand til å redusere estere og karboksylsyrer, som er forholdsvis stabile, og sterkere reduksjonsmidler (LiAlH 4 ) straks reduserer den dannede aldehyd til en alkohol.

Siden syreklorider er mindre stabile enn aldehyder og ketoner, blir de ofte brukt i forbindelse med sterisk hindrede anhydriddonorer når de syntetiserer aldehyder, fordi den relativt svake reduksjonsenheten fortrinnsvis vil reagere med syrekloridutgangsmaterialet og la aldehydproduktet ikke reagere. Reduksjonsmiddelet DIBAL-H (Diisobutylaluminiumhydrid) brukes ofte til dette formålet: selv om det normalt reduserer alle karbonyler, kan det slutte å redusere ved aldehydet hvis bare en ekvivalent brukes ved lave temperaturer. LiAl (OtBu) 3 (dannet av LiAlH 4 og tBuOH in situ) kan også slutte å redusere ved aldehydet, gjennom en lignende mekanisme som DIBAL-H.

Alternative metoder

Den tradisjonelle metoden for å danne aldehyder uten å redusere til alkoholer - ved å bruke hindrede hydrider og reaktive karbonyler - er begrenset av dens smale substratomfang og stor avhengighet av reaksjonsbetingelser. En løsning for å unngå denne metoden er å redusere karboksylsyrederivatet helt ned til en alkohol, og deretter oksidere alkoholen tilbake til et aldehyd. Andre alternativer inkluderer å danne en tioester eller et Weinreb-amid, og deretter redusere den nye arten til et aldehyd gjennom henholdsvis Fukuyama-reduksjonen eller Weinreb-reaksjonen, eller ved å bruke katalytisk hydrogenering som i Rosenmund-reaksjonen.

I Fukuyama-reduksjonen omdannes en karboksylsyre først til en tioester ved tilsetning av en tiol (med en mekanisme som ligner forestring ). Tioesteren reduseres deretter til et aldehyd av et silylhydrid med en palladiumkatalysator.

I Weinreb-reaksjonen blir et acylklorid først omdannet til Weinreb-amidet, deretter behandlet med et organometallisk reagens for å danne et keton eller litiumaluminiumhydrid for å danne et aldehyd:

Weinreb scheme.png

Weinreb-amidet reduseres via et stabilt chelat , snarere enn det elektrofile karbonylet som dannes gjennom metallhydridreduksjoner; Chelatet reduseres derfor bare en gang, som illustrert nedenfor:

Weinreb mechanism.png

Den Rosenmund-reaksjonen reduserer acylklorider til aldehyder ved hjelp av hydrogen-gass med en katalysator av palladium på bariumsulfat, som har lite areal forhindrer over-reduksjon.

Aldehyder og ketoner til alkaner

Aldehyder og ketoner kan ikke bare reduseres til alkoholer, men også til alkaner. Noen reaksjoner for denne transformasjonen inkluderer Clemmensen-reduksjonen (under sterkt sure forhold) og Wolff-Kishner-reduksjonen (under sterkt basiske forhold), samt de forskjellige modifikasjonene av Wolff-Kishner-reaksjonen . Caglioti-modifikasjonen bruker for eksempel tosylhydrazon med en hydriddonor under mildere forhold uten base; Myers-modifiseringen erstatter hydrazin med bis (tert-butyldimethylsilyl) -hydrazin, bruker mildere forhold ved romtemperatur og er rask og effektiv.

Aromatiske karbonyler

Aromatiske karbonyler reduseres lettere til deres respektive alkaner enn alifatiske forbindelser. For eksempel reduseres ketoner til deres respektive alkylbenzener ved katalytisk hydrogenering eller ved bjørkereduksjon under milde forhold.

, -umettede karbonyler

I , -reduksjon (også kalt konjugatreduksjon ) er substratet en , -umettet karbonyl, en enon eller enal .

Når disse substratene reduseres, er 1,2-reduksjon - som produserer en allylalkohol - i konkurranse med 1,4-reduksjonen - som danner det mettede keton eller aldehyd. Den følgende NaBH 4 reduksjon av et enon viser to mulige produkter: den første fra 1,4-reduksjon, og det andre fra 1,2-reduksjon.

1,4 vs 1,2 reduksjon.png

Jo mer sterisk hindret enone-substratet er, desto mer sannsynlig blir 1,2 reduksjon. I tillegg til selektivt å danne alkohol og unngå 1,4 produktet, Luche reaksjonen bruker mindre molekyl Ce (BH 4 ) 3 (avledet fra NaBH 4 og CeCl 3 kombineres in situ) som hydridkilde.

Den hydridkilde Zn (BH 4 ) 2 viser også 1,2 selektivitet, samt større diastereoselektivitet; det gjør det ved å koordinere ikke bare karbonyloksygenet, men også til tilstøtende atomer:

Sinkborhydrid.png

Stereoselektivitet

Diastereoselektiv reduksjon

Ved reduksjon av cykloheksanoner kan hydridkilden angripe aksialt for å produsere en ekvatorialalkohol, eller ekvatorialt for å produsere en aksialalkohol. Ved aksialt angrep (vist i rødt) støter hydridet på 1,3-diaksial belastning . I ekvatorialt angrep (vist i blått) unngår hydridet 1,3-diaksial interaksjon, men substratet gjennomgår ugunstig torsjonsbelastning når den nydannede alkoholen og det tilførte hydrogenatom formørker hverandre i reaksjonsmellomproduktet for aksialalkoholen).

Axial vs equatorial.png

Store reduksjonsmidler, slik som LiBH (Me 2 CHCHMe) 3 , hindres av de 1,3-aksiale interaksjonene og angriper derfor ekvatorielt. Små reduksjonsmidler, slik som NaBH 4 , fortrinnsvis angripe aksialt for å unngå de eclipsing interaksjoner, fordi 1,3-diaxial interaksjon for små molekyler er minimal; stereoelektroniske årsaker har også blitt sitert for små reduksjonsmidlers aksiale preferanse. Å gjøre substratet større (og øke 1,3-aksiale interaksjoner), reduserer imidlertid forekomsten av aksiale angrep, selv for små hydridgivere.

Enantioselektiv reduksjon

Når asymmetriske ketoner reduseres, har den resulterende sekundære alkoholen et chiralt senter som kan kontrolleres ved hjelp av chirale katalysatorer.

Velkjente karbonylgruppene reduksjoner i asymmetrisk syntese er de Noyori asymmetriske hydrogenering (beta-ketoester reduksjon / Ru / BINAP) og CBS reduksjon (BH 3 , prolin avledet chiral katalysator).

Se også

Referanser

Opiniones de nuestros usuarios

Roy Antonsen

Denne oppføringen om Karbonylreduksjon var akkurat det jeg ønsket å finne.

Astrid Wiik

Denne oppføringen på Karbonylreduksjon har fått meg til å vinne et veddemål, som mindre enn gir det en god poengsum.

Inge Bråthen

Noen ganger når du leter etter informasjon på internett om noe, finner du for lange artikler som insisterer på å snakke om ting som ikke interesserer deg. Jeg likte denne artikkelen om Karbonylreduksjon fordi den går til poenget og snakker om akkurat det jeg vil, uten at gå seg vill i informasjon ubrukelig.

Kristoffer Larssen

Informasjonen om Karbonylreduksjon er veldig interessant og pålitelig, som resten av artiklene jeg har lest så langt, som allerede er mange, fordi jeg har ventet på Tinder-datoen min i nesten en time og den vises ikke, så det gir meg som har reist meg opp. Jeg benytter anledningen til å legge igjen noen stjerner for selskapet og drite på livet mitt.