stringtranslate.com

Редукция Меервейна – Понндорфа – Верли

Восстановление Меервейна -Понндорфа-Верлея (MPV) в органической химии представляет собой восстановление кетонов и альдегидов до соответствующих им спиртов с использованием катализа алкоксидом алюминия в присутствии жертвенного спирта. [1] Преимущества восстановления MPV заключаются в его высокой хемоселективности и использовании дешевого экологически чистого металлического катализатора. Восстановление MPV было описано как «устаревшее» из-за разработки борогидрида натрия и связанных с ним реагентов. [2]

Восстановление MPV было независимо открыто Альбертом Верлеем и командой Ганса Меервейна и Рудольфа Шмидта в 1925 году. Они обнаружили, что смесь этоксида алюминия и этанола может восстанавливать альдегиды до их спиртов. [3] [4] Понндорф применил реакцию к кетонам и усовершенствовал катализатор до изопропоксида алюминия в изопропаноле . [5]

Механизм

Восстановление MPV, как полагают, проходит через каталитический цикл, включающий переходное состояние шестичленного кольца, как показано на рисунке 2. Начиная с алкоголята алюминия 1 , карбонильный кислород координируется для получения тетракоординированного алюминиевого промежуточного соединения 2. Между промежуточными соединениями 2 и 3 гидрид переносится в карбонил из алкоксилиганда через перициклический механизм . В этот момент новый карбонил диссоциирует и дает трикоординированные виды алюминия 4. Наконец, спирт из раствора вытесняет недавно восстановленный карбонил для регенерации катализатора 1 .

Каждый шаг в цикле обратим. Реакция обусловлена ​​термодинамическими свойствами промежуточных соединений и продуктов. Для этой реакции было предложено несколько других механизмов, включая радикальный механизм, а также механизм с участием гидрида алюминия . Общепринятый прямой перенос гидрида подтверждается экспериментальными и теоретическими данными. [6]

Хемоселективность

Одной из главных особенностей восстановления Меервейна-Понндорфа-Верлея является его хемоселективность . Альдегиды восстанавливаются раньше кетонов, что позволяет контролировать реакцию. Если необходимо восстановить один карбонил в присутствии другого, можно использовать обычные защитные группы для карбонила. Такие группы, как алкены и алкины, которые обычно представляют проблему для восстановления другими способами, не обладают реакционной способностью в этих условиях. [7]

Стереоселективность

Восстановление Меервейна-Понндорфа-Верлея на основе алюминия может быть выполнено на прохиральных кетонах, приводя к хиральным спиртам. Три основных способа достижения асимметричного восстановления — это использование источника хирального спиртового гидрида, использование внутримолекулярного восстановления MPV или использование хирального лиганда на алкоксиде алюминия.

Одним из методов достижения асимметричного восстановления MPV является использование хиральных гидридных донорных спиртов. Использование хирального спирта (R)-(+)- сек - o -бромфен-этилового спирта дало 82%ee (процент энантиомерного избытка ) при восстановлении 2-хлорацетофенона. [8] Этот энантиоселективный отбор обусловлен стерическими свойствами двух фенольных групп в шестичленном переходном состоянии, как показано на рисунке 3. На рисунке 3 1 предпочтительнее 2 из-за большого стерического эффекта в 2 от двух фенильных групп.

Использование внутримолекулярного восстановления MPV может дать хорошую энантиочистоту. [9] При связывании кетона с источником гидрида возможно только одно переходное состояние (рисунок 4), приводящее к асимметричному восстановлению. Однако этот метод имеет возможность подвергаться обратному окислению Оппенауэра из-за близости двух реагентов. Таким образом, реакция протекает в условиях термодинамического равновесия с соотношением продуктов, связанным с их относительной стабильностью. После проведения реакции часть молекулы, являющаяся источником гидрида, может быть удалена.

Хиральные лиганды на алкоксиде алюминия могут влиять на стереохимический результат восстановления MPV. Этот метод приводит к восстановлению замещенных ацетофенонов до 83%ee [10] (рисунок 5). Привлекательность этого метода заключается в том, что он использует хиральный лиганд, а не стехиометрический источник хиральности. Низкая селективность этого метода объясняется формой переходного состояния. Было показано, что переходное состояние представляет собой плоское шестичленное переходное состояние. Это отличается от предполагаемого переходного состояния модели Циммермана-Тракслера . [6]

Объем

Несколько проблем ограничивают использование восстановления Меервейна–Понндорфа–Верлея по сравнению с использованием других восстановителей. Стереохимический контроль серьезно ограничен. Часто требуется большое количество алкоголята алюминия при использовании коммерческого реагента, и известно несколько побочных реакций.

Хотя коммерческий изопропоксид алюминия доступен, его использование часто требует загрузки катализатора до 100-200 мол.%, что затрудняет использование снижения MPV в масштабе. Алкоксиды алюминия, полученные in situ из реагентов триметилалюминия, обладают гораздо лучшей активностью, требуя всего лишь 10% загрузки. Считается, что разница в активности обусловлена ​​большим агрегатным состоянием коммерчески доступного продукта. [11]

Известно, что происходит несколько побочных реакций. В случае кетонов и особенно альдегидов наблюдались альдольные конденсации . Альдегиды без α-водородов могут подвергаться реакции Тищенко . [7] Наконец, в некоторых случаях спирт, полученный в результате восстановления, может быть дегидратирован, давая алкильный углерод.

Вариации

Восстановление Меервейна-Понндорфа-Верли использовалось в синтезе хиральных аминов из кетиминов с использованием хирального алкоголята. Добавление фосфиноильной группы к азоту кетимина позволило достичь высокой энантиоселективности до 98%ee. [12]

Работа была проделана по использованию лантаноидов и переходных металлов для восстановления Меервейна-Понндорфа-Верлея. Как рутений, так и самарий показали высокие выходы и высокую стереоселективность при восстановлении карбонилов до спиртов. [13] [14] Однако было показано, что рутениевый катализатор проходит через промежуточный гидрид рутения. Восстановление Меервейна-Понндорфа-Верлея также было осуществлено с синтетически полезным выходом изопропоксидом плутония (III). [15]

Стандартное восстановление MPV представляет собой гомогенную реакцию, хотя было разработано несколько гетерогенных реакций. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Wilds, AL (1944). «Восстановление алкоксидами алюминия (восстановление Меервейна-Понндорфа-Верлея)». Органические реакции . 2 (5): 178–223. doi :10.1002/0471264180.or002.05.
  2. ^ Браун, Герберт С.; Рамачандран, П. Вирарагхаван (1996). «Шестьдесят лет гидридных восстановлений». Восстановления в органическом синтезе . Серия симпозиумов ACS. Том 641. С. 1–30. doi :10.1021/bk-1996-0641.ch001. ISBN 9780841233812.
  3. ^ Меервейн, Ганс ; Шмидт, Рудольф (1925). «Ein neues Verfahren zur Reduktion von Aldehyden und Ketonen». Юстус Либигс Аннален дер Хими . 444 (1): 221–238. дои : 10.1002/jlac.19254440112.
  4. ^ Верлей, А. (1925). «Обмен функциональными группами между двумя молекулами. Обмен спиртовыми и альдегидными группами». Bull. Soc. Chim. Fr. 37 : 537–542.
  5. ^ Вольфганг Понндорф (1926). «Der обратимый Austausch der Oxydationsstufen zwischen Aldehyden или Ketonen einerseits und primaren or sekundären Alkoholen anderseits». Ангеванде Хеми . 39 (5): 138–143. Бибкод : 1926AngCh..39..138P. дои : 10.1002/ange.19260390504.
  6. ^ ab R. Cohen; CR Graves; ST Nguyen, JML Martin & MA Ratner (2004). «Механизм катализируемого алюминием восстановления Меервейна-Шмидта-Понндорфа-Верлея карбонилов до спиртов». Журнал Американского химического общества . 126 (45): 14796–14803. doi :10.1021/ja047613m. PMID  15535705.
  7. ^ аб Де Граау, CF; Питерс, Дж. А.; Ван Беккум, Х .; Хаскенс, Дж. (1994). «Восстановление Меервайна-Понндорфа-Верли и окисление Оппенауэра: комплексный подход». Синтез . 1994 (10): 1007. doi : 10.1055/s-1994-25625.
  8. ^ T. Ooi; T. Miura; K. Marouka (1998). «Высокоэффективное каталитическое восстановление Меервейна–Понндорфа–Верлера с новым бидентатным алюминиевым катализатором». Angew. Chem. Int. Ed . 37 (17): 2347–2349. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(19980918)37:17<2347::AID-ANIE2347>3.0.CO;2-U. PMID  29710956.
  9. ^ M. Fujita; Y. Takarada; T. Sugimura, A. Tai (1997). «Надежный хиральный перенос через термодинамическое равновесие внутримолекулярного восстановления Меервейна–Понндорфа–Верлея и окисления Оппенауэра». Chemical Communications (17): 1631–1632. doi :10.1039/A704341D.
  10. ^ EJ Campbell; H. Zhou; ST Nguyen (2002). "Асимметричное восстановление Меервейна-Шмидта-Понндорфа-Верли прохиральных кетонов с помощью i PrOH, катализируемое Al катализаторами". Angew. Chem. Int. Ed . 41 (6): 1020–1022. doi :10.1002/1521-3773(20020315)41:6<1020::AID-ANIE1020>3.0.CO;2-S. PMID  12491299.
  11. ^ EJ Campbell; H. Zhou; ST Nguyen (2001). «Каталитическое восстановление Меервейна-Пондорфа-Верлея простыми алюминиевыми комплексами». Organic Letters . 3 (15): 2391–2393. doi :10.1021/ol0162116. PMID  11463324.
  12. ^ CR Graves; KA Scheidt; ST Nguyen (2006). «Энантиоселективное восстановление MSPV кетиминов с использованием 2-пропанола и (BINOL)Al III ». Organic Letters . 8 (6): 1229–1232. doi :10.1021/ol060110w. PMID  16524310.
  13. ^ DA Evans; SG Nelson; MR Gagne; AR Muci (1993). «Хиральный катализатор на основе самария для асимметричного восстановления Меервейна–Понндорфа–Верли». Журнал Американского химического общества . 115 (21): 9800–9801. doi :10.1021/ja00074a057.
  14. ^ K. Haack; S. Hashiguchi; A. Fujii; T. Ikariya; R. Noyori (1997). «Предшественник катализатора, катализатор и промежуточное вещество в асимметричном переносе водорода между спиртами и кетонами, стимулируемом RuII». Angew. Chem. Int. Ed. Engl . 36 (3): 285–288. doi :10.1002/anie.199702851.
  15. ^ Бенджамин П. Уорнер, Джозеф А. Д'Алессио, Артур Н. Морган III; д'Алессио; Морган; Бернс; Шаке; Уоткин (2000). «Реакции Меервейна – Понндорфа – Верли, катализируемые плутонием (III)». Неорганика Химика Акта . 309 (1–2): 45–48. дои : 10.1016/S0020-1693(00)00227-9.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ GK Chuah; S. Jaenicke; YZ Zhu; SH Liu (2006). «Восстановление Меервейна–Пондорфа–Верлея на гетерогенных катализаторах». Current Organic Chemistry . 10 (13): 1639–1654. doi :10.2174/138527206778249621.