Oxidación de alcoholes y éteres

Oxidación de Alcoholes y Éteres
1. Alcoholes primarios y secundarios.
1.1. Oxidación con reactivos de cromo. La abstracción por oxidación de los átomos de
hidrógeno alfa en los alcoholes primarios y secundarios, puede realizarse con variados
reactivos de cromo, los cuales dependen del solvente y el pH del medio de reacción.
H
OH
HO
H2Cr2O 7
H2Cr2O 7
O
H2CrO4
O
H2CrO4
En los procedimientos de laboratorio se usa frecuentemente el ácido crómico, como por
ejemplo en el método de Oppenauer, en el que un exceso de una cetona barata se
equilibra con un alcohol secundario.
•
Reactivo de Jones (H2CrO4, H2Cr2O7, K2Cr2O7).
J. Chem. Soc. 1946 39 y Org. Syn. Col. Vol. V, 1973, 310
 CrO3 + H2O
H2CrO4 ( sol acuosa)
K2Cr2O7 + K2SO4
Cr(VI)
(negro)
Cr (III)
(verde)
Los alcoholes 2º, son transformados a
cetonas:
R2CHOH
reactivo de
Jones
R
acetona
R
O
 Los alcoholes 1º son oxidados a ácidos carboxílicos.
RCH2OH
reactivo de
Jones
RCHO
HO
OH
R
H
hidratación
acetona
reactivo de
Jones
acetona
O
R
OH
 El medio ácido, no es un buen camino para grupos y compuestos sensibles al H +, por
lo que se recurren a otras opciones como medio de reacción
JACS 1982, 104, 5558
Si
OH
H17C8
O
O
1) Jones
acetona
Si
OMe
2) CH2N2
OH
H17 C8
O
O
Jones
O
acetona
O
O
JACS 1975, 97, 2870
O
•
Oxidación de Collins ( CrO3. 2 piridina) TL 1969, 3363
-
CrO3 (anhidro) + piridina (anhidro)
CrO3. 2 piridina
1
H
CrO 3 . (C 5H5 N)2
O
O
ArO
JACS 1969, 91, 44318
CH2Cl2
OH
O
ArO
O
O
Los alcoholes 1º y 2º son oxidados a aldehídos y cetonas, respectivamente, en
soluciones no acuosas (CH2Cl2) sin sobre oxidación.
El reactivo de Collins puede ser preparado y aislado o generado in situ. El
aislamiento de los reactivos a menudo conduce a mejores rendimientos.
-
Útiles para la oxidación de compuestos sensibles al H+
-
Debe utilizarse un gran exceso del reactivo
•
Clorocromato de Piridinio (PCC, Oxidación de Corey - Suggs). TL 1975 2647
Synthesis 1982, 245 (review)
pyH+CrO3 Cl-
CrO3 + 6M HCl + piridina
 El reactivo puede ser usado en cantidades estequiométricas w / sustrato.
 El PCC se alimenta ligeramente ácido, pero puede ser amortiguada w / NaOAc
PCC, CH2 Cl2
JACS 1977, 99, 3864
O
HO
H
O
O
PCC, CH2Cl2
O
H
TL, 1975, 2647
O
OH
O
Clorocromato de piridin-p-dietilamina: La reacción es específica para la oxidación de
alcoholes bencílicos, aún existiendo otros grupos OH en la molécula, los mismo no son
atacados si están presentes –OH bencílicos.
OH
HO
Me 2N
N HClCrO3
62%
CHO
HO
Reordenamientos oxidativos
2
JOC 1976, 41, 380
JOC 1977, 42, 682
OH
PCC, CH2Cl2
PCC, CH2Cl2
OH
O
 Oxidación selectiva de alcoholes alílicos
OH
OH
PCC, CH 2Cl2
-
3,5 dimetil
pirazol
HO
(87%)
O
 Oxidación de los grupos metileno activos. JOC 1984, 49, 1647
PCC, CH2Cl2
PCC, CH 2Cl2
O
O
O
•
O
O
O
Dicromato de Piridinio. (PDC, Oxidación de Corey – Schmidt). TL 1979, 399.
 Na2Cr2O7. 2H2O + HCl + piridina
CHO
(C5H5N)2Cr2O7
PDC
CH2 Cl2
PDC
OH
CH2 Cl2
COOH
 Los alcoholes alílicos son oxidados a α, β–insaturado aldehídos
1.2. Oxidación con reactivos de Manganeso
•
Permanganato de Potasio, KMNO4/18-Crown-6 (benceno púrpura)
O
O
O
+
MnO 4
K
O
JACS 1972 94, 4024
O
O
 Los alcoholes 1º y aldehídos son oxidados a ácidos carboxílicos
CHO
Synthesis 1984, 43
CL 1979, 443
•
CHO
O
JACS 1972, 94, 4024
COOH
Permanganato de sodio, (NaMnO4) TL 1981, 1655
 Reacción heterogénea en benceno
3
 Los alcoholes 1º son oxidados a ácidos
 Los alcoholes 2º son oxidados a cetonas
 Los múltiples enlaces no son oxidados
•
Permanganato de Bario (Ba(MnO4)2), TL 1978, 839
 Oxidación de 1º y 2º alcoholes a aldehídos y cetonas. NO hay sobreoxidación
 Los múltiples enlaces no son oxidados
 Similar en reactividad al MnO2.
•
Dióxido de Manganeso, (MnO2) Review: Synthesis 1976, 65, 133
 Oxidación selectiva de alcoholes α, β –insaturado (alílico, bencílico, acetilénico)
 La actividad del MnO2 depende del método de preparación y la elección del
disolvente.
 Los cis y trans alcoholes alílicos se oxidan a la misma velocidad sin isomerización del
doble enlace.
OH
HO
HO
OH
J Chem. Soc. 1953, 2189
MnO 2, CHCl 3
JACS 1955, 77, 4145
62%
O
HO
 Los alcoholes alílicos 1º, son oxidados a ésteres α, β –insaturados.
OH
COOMe
MnO 2 , Hexano
JACS 1968, 90, 5616, 5618
MeOH, NaCN
MnO 2
OH
COOR
ROH, NaCN
 Acetato de Manganeso (III). α–hidroxilación de enonas. Synthesis 1990, 1119 y TL
1984, 25, 5839.
O
O
Mn(OAc) 3, AcOH
AcO
TL 1984 25, 5839
 El MnO2, transforma a los alcoholes bencílicos en aldehídos, con buenos
rendimientos
4
OMe
OMe
O
O
MnO 2, r.t.
CHCl3
O
O
CHO
OH
1.3. Oxidación con reactivos de Ruthenio
•
Tetróxido de Ruthenio (RuO4)
 Efectivo para la conversión de alcoholes 1º a RCOOH y alcoholes 2º a cetonas
 Oxida enlaces múltiples y 1, 2-dioles
O
OH
Ph
O
RuO4, NaIO 4
CCl4, H 2O, CH 3CN
OH
JOC 1981, 46, 3936
Ph
O
O
HO
RuO4, NaIO 4
CCl4, H 2O, CH 3CN
O
TL 1970, 4003
O
O
O
RuO4, NaIO 4
Ph
OH
CCl4, H 2O, CH 3 CN
OH
Ph
HO
•
JOC 1981, 46, 3936
O
Ph3P)4RuO2Cl3, RuO2(bipy)Cl2.
JCS P 1 1984, 681.
OH
Oxida una amplia gama de
alcoholes 1 º y 2 º a aldehídos y
cetonas sin oxidación de enlaces
múltiples.
CHO
CHO
OH
• Tetra- n – propilamonio Perrutenato (TPAP, nPr4N+RuO4- )
Aldrichimica Acta 1990, 23, 13
Synthesis 1994, 639
 Oxidación suave de alcoholes a cetonas y aldehídos, sin sobreoxidación
O
OH
MeOOC
TPAP
MeOOC
O
OSiMe 2tBu
OSiMe 2 tBu
+
TL 1989, 30, 433
N
O
•
Me
(Ba [Ru(OH)2O3]
 Oxida sólo los alcoholes más reactivos (bencílico y alílico)
•
(Ph3P)3RuCl2 + Me3SiO-OSiMe3
 Oxidación de alcoholes bencílico y alílico
TL 1983, 24, 2185
5
1.4. Oxidación con reactivos de Paladio. La oxidación de alcoholes secundarios
(deshidrogenación) con carbonatos de alilo y catalizada por Pd (0), es un buen método
de laboratorio para formar cetonas impedidas. (Oxidación de Tsuji)
R
H
CO R
2
OH
O
H
R
O
O
O
- CO 2
R
Pd
R
Pd (0)
O
Pd(OAc) 2,
CH3CN, 80º C
R
O
O
O
H
R
R
TL 1984, 25, 2791. Tetrahedron, 1987, 43, 3903
HO
H
HO
OH
O
2
OH
JACS 1989, 111, 8039
Pd2(DBA) 3.. CHCl 3.
OH
O
H
H
CO
O
O
H
CH3CN
1.5. Oxidación con reactivos de plata
•
Ag2CO3 (oxidación de Fetizon)
También Ag2CO3/celita
Synthesis 1979, 401
 Oxidación preferencial de un alcohol 2º sobre un alcohol 1º
OH
Ag 2CO3, celita
O
JCS, CC 1969, 1102
OH
OH
Oxidación sólo de los hidroxilos más reactivos
O
O
OH
OH
OH
O
O
•
JACS 1981, 103, 1864
mecanismo: TL 1972, 4445
O
Ag 2CO3, C 6 H6
OH
O
Ag 2CO3
OH
O
O
O
Óxido de plata (Ag2O)
 Oxidación suave de aldehídos a ácidos
carboxílicos
RCHO
CHO
Ag 2 O, NaOH
RCOOH
COOH
Ag 2O, NaOH
JACS 1982, 104, 5557
Ph
Ph
El procedimiento normal para la conversión de alcoholes a cetonas y aldehídos en la
industria, es la deshidrogenación catalítica. El oxígeno atmosférico convierte los
alcoholes primarios en ácidos y los secundarios en cetonas. La reacción es muy
lenta, a menos que se añadan radicales libres como iniciadores.
2 CH3OH
+
O2
Ag
250º C
2 HCHO
+
2 H2O
6
OH
O
Cu, 250º C
ciclohexanol
H
CuCrO2
+
H2
ciclohexanona
+
275º C
OH
alc. isoamílico
O
Isovaleraldehido
H2
2. Oxidación de alcoholes terciarios
Para la oxidación de los alcoholes terciaros se requieren condiciones drásticas, ya que implica
la ruptura del enlace C–C. Los productos que resultan al reemplazar por oxidación todos los
átomos de hidrógeno adicionados a los átomos de carbono son ácidos ó cetonas.
En estas roturas degradativas se usan frecuentemente las soluciones calientes de trióxido
crómico, que es la etapa clave del método Barbier–Wieland, para la degradación escalonada
de ácidos carboxílicos. Se han efectuado algunas aplicaciones de este método en síntesis.
Ejemplo:
(CH2)5
O
Sintetizar el ácido 6-fenilpentanoico, a
partir de la ciclohexanona y reactivos
necesarios.
Retroanálisis:
COOH
O
O
HO
(CH2) 4
(CH2) 4
COOH
COOH
MgBr
Síntesis:
O
HO
2) Mg/éter
(CH2) 5
1) CrO3
MgBr 1)
1) Br 2/Fe
2) H 3O
COOH
CH3COOH
calor
2) Zn(Hg)/HCl
+
3. Otros agentes oxidantes de alcoholes
•
DMSO activado. Synthesis 1981, 165; 1990, 857
Me
Me
+
S O
Me
-
+
E
S O
+
E
Nu
Me
Organic Reactions 1990, 39, 297
Me
+
Nu S
Me
+
E-O
E = (CF3CO) 2O, SOCl 2, (COCl) 2, Cl 2, (CH 3CO) 2O, TsCl, MeCl.
-
-
-
SO 3/piridina, F 3CSO2H, PO 5, H 3PO 4, y Br 2
Nu: R OH, Ph OH, R NH2, RC=NOH, enoles
•
Oxidación de alcoholes 1º y 2º, con DMSO. La oxidación de alcoholes por
dimetilsulfóxido (DMSO), permite la conversión de alcoholes 1 º y 2 º a aldehídos y
cetonas respectivamente. Una fuente de oxígeno que ha demostrado ser eficaz para la
oxidación de alcoholes es el DMSO. Debido a la naturaleza exotérmica de la reacción,
por lo general funcionan a -50 º C o inferior. Los co-solventes tales como cloruro de
metileno o THF son necesarios, puesto que el DMSO puro se se congela a 18 º.
En algunos casos se añade trietilamina para proporcionar una base adicional. Se debe
tomar en cuenta que este procedimiento de oxidación es muy suave y tolera una gran
variedad de otros grupos funcionales, incluidos los que tienen el nitrógeno oxidable y
átomos de azufre.
7
O
H3CO
R
O
R
O
H3CO
DMSO, CH 2Cl2
R
(CF3CO) 2O, - 60ºC
OH
O
O
R
OH
OH
DMSO, CH 2Cl2
SO 3 (Et 3N) - 60ºC
OH
O
H
DMSO, CH 2Cl2
OH
O
ClCOCOCl, - 60ºC
•
Oxidación de Swern. (El anhídrido trifluoroacético puede ser utilizado como agente
activador del DMSO).
O
Cl
DMSO, (COCl) 2
O
TL 1988, 29, 49
CH2Cl2, Et 3N
OH
O
O
Me
+
S
O
Me
-
Cl
Me
(COCl) 2
+
S
CH2Cl2, -78º C
Me
Cl
Me
+
-
R2CH OH
Me
Et 3N:
R
+
S
O
O
Me
R
Me
R
R
H
H
DMSO, (COCl) 2
R
Et3N
OH
+
S
O
S
R
Me
- CO, -CO 2
Cl
O
Me
•
-
O
Oxidación de Moffatt (DMSO/DCC), JACS 1965, 87, 5661, 5670
C6H11
Me
+
S
O
-
CF3COOH
piridina
Me
H11C6 N
N
Me
+
S
NH
O
N
Me
C6H11
= DCC
OH
R2CHOH
OH
+
S
O
Me
R
R
R
R
O +
Me
S
Me
C6H11
DCC
O
R
R
H
H
Me
DMSO
+
H
Me S
Me
JACS 1978, 100, 5565
CHO
COOMe
O
DCC/DMSO
COOMe
CF3COOH, piridina
O
S
• Oxidación con SO3/piridina.
S
JACS 1967, 89, 5505
8
COOMe
COOMe
Oxida
selectivamente
los alcoholes
menos
impedidos
HO
HO
OH
H
CONH2
H
H
SO3, piridina
CONH2
DMSO, CH 2Cl2
O
H
JACS 1989, 111, 8039
OH
O
•
Oxidación de Corey-Kim (DMS/NCS), JACS 1972, 94, 7586
O
OH
1) NCS, Me 2S
R1
Me
R1
2) Et 3N
R2
•
O
Me
R2
Me
+
S
N
+
S
Cl
Cl
Me
O
(NCS) N Clorosuccinimida
Oxidación de Mukayama, BCSJ 1977, 50, 2773
O
OH
-
1) t BuMgBr, THF
O
2)
N
N
N
O
N
O
O
O
R
PrMgBr
OH
R
•
N
R
N
N
N
R
O
O
OMgBr
THF
R
R
Oxidación de Dess-Martín (DMP), JOC 1983, 48, 4155
JACS 1992, 113, 7277
El Dess-Martin periodinane es un reactivo químico utilizado para oxidar alcoholes
primarios a aldehídos y alcoholes secundarios a cetonas. El periodinane tiene varias
ventajas sobre los oxidantes de cromo y DMSO, debido a que se trabaja en condiciones
más suaves (temperatura ambiente, pH neutro), presenta menor tiempo de reacción y
tiene rendimientos más altos. Por otro lado presenta tolerancia de grupos funcionales
sensibles, y posee una larga vida útil.
OAc
AcO
OAc
I
O
OAc
R2CHOH
R
O
+
I
O
+
2 AcOH
R
O
O
DMP
a.
Oxidación llevada a cabo en CHCl3, CH3CN o CH2Cl2
b.
Excelente reactivo para alcoholes con impedimento estérico
c.
Requiere de condiciones suaves
9
Dess - Martín
HO
OR
•
OR
Oxidación vía formación de tosilatos
O
-
+
H
S
OH
H
OTs
+
+
O
150º C
S
O
S
Oxidación de Parikh – Doering
OH
O
1) DMSO
R1
R1
2) SO 3.Py, Et 3N
R2
•
H
NaHCO3
TsCl
•
JOC 1991, 56, 6264
O
R2
Oxidación de Oppenauer. Synthesis 1994, 1007 Organic reactions 1951, 6, 207
OiPr
OiPr
O
+
Al
OiPr
O
1 2
R R CHOH
H
(CH3)2C=O
Al
-
O
OiPr
O
R1
4.
+
R1
R2
R2
Oxidación de alcoholes primarios con formación de nitrilos
4.1.
Oxidación con NH4HCO3/(Bu4N)2S2O8/Ni. La oxidación de alcoholes primarios catalizada
por superficies de níquel con peroxidisulfato tetrabutilamonio en presencia de carbonato
ácido de amonio en condiciones básicas acuosas, permite acceder a diversos nitrilos
alifáticos, aromáticos y heterocíclicos, con excelentes rendimientos y alta pureza.
NH4HCO3/(Bu 4N)2S2O 8
Cu(HCO2)2. Ni(HCO 2) 2
R
4.2.
OH
F.-E. Chen, Y.-Y. Li, Xu
M., H.-Q. Jia, Síntesis,
2002, 1804-1806.
RCN
KOH, iPrOH/H 2O
R : Ar, Vinil, Alquil
Oxidación con TCBDA/NH3, H2O. Los alcoholes primarios disueltos en solución acuosa
de amoníaco, pueden transformarse exitosamente en nitrilos por oxidación con el
oxidante, N', N'-tetraclorobenceno-1,3-disulfonamida (TCBDA).
TCBDA:
1,1 eq. TCBDA
R
OH
R: Ar, Alquilo
4.3.
30% ac NH3
25ºC, 1.5 - 5 h
R
N
O
O
NCl2
S
S
NCl2
O
O
R. GhorbaniVaghei, H.
Veisi, Síntesis,
2009, 945-950.
Oxidación con DIH/NH3, H2O. Varios alcoholes primarios, y las aminas primarias,
secundarias y terciarias se convirtieron de manera eficiente en los nitrilos
correspondientes con buenos rendimientos por oxidación con 1,3-diyodo-5,5-dimetil
(DIH) en solución acuosa de amoniaco a 60 ° C.
10
DIH:
O
1,5 - 2 eq. DIH
R
OH
30% ac NH3
R
N
N
I
S. Iida, Togo H.,
Synlett, 2007, 407410.
N
oscuro, 60ºC, 3.- 32 h
I
R: Ar, Alquilo
O
4.4.
Oxidación con Perruthenato de tetrapropilamonio (TPAP o TPAPR).
O
O
Es el compuesto químico
O
descrito por la fórmula
OH
+
N
N(C3H7)4RuO4. A veces conocido
TPAP
como el reactivo de Ley-Griffith.
Esta sal se compone del catión
O
O
tetrapropilamonio y el
O
O
perruthenato, RuO4-anión.
O
O
Ru O
O
TPAP
H
El Tetróxido de rutenio solo, es un oxidante muy agresivo, pero su derivado TPAP es un agente
oxidante para la conversión de alcoholes a aldehídos y también puede ser utilizado para oxidar los
alcoholes primarios hasta llegar al ácido carboxílico a través de un catalizador.
El mecanismo funciona mediante una oxidación normal del alcohol para el aldehído seguido de
hidratación, y una oxidación final.La oxidación genera el agua que se pueden eliminar mediante la
adición de tamices moleculares.
El TPAP es caro, pero se puede utilizar en cantidades catalíticas. El ciclo catalítico se mantiene
mediante la adición de una cantidad estequiométrica de una co-oxidante tal como N-metilmorfolina
N-óxido o el oxígeno molecular.
5. Oxidación de éteres.
La oxidación de éteres a ésteres, es una reacción que ofrece muchas posibilidades para la
modificación de la funcionalidad de compuestos de cadena abierta o sistemas cíclicos.
R
O
R
1
RuO4
O
R
O
R
1
RuO4
O
O
O
Un ejemplo es la conversión de tetrahidrofuranos γ-butirolactonas, o la conversión de di-n-butil
éter a n-butirato de n-butil. Los reactivos que producen esta transformación con buenos
rendimientos son el tetróxido de ruthenio y el ácido tricloroisocianúrico.1
1 MONSON RICHARD S. Advanced Organic Synthesis. Methods and Techniques. Academic Press. New York and
London. pág. 12
11