Редукция Клемменсена

Органическая химическая реакция

Восстановление Клемменсена — это химическая реакция, описываемая как восстановление кетонов или альдегидов до алканов с использованием амальгамы цинка и концентрированной соляной кислоты (HCl). ^{[1] [2]} Эта реакция названа в честь Эрика Кристиана Клемменсена , датско-американского химика. ^[3]

Схема 1: Схема реакции восстановления Клемменсена.

Условия восстановления по Клемменсену особенно эффективны при восстановлении арил ^[4] - алкилкетонов , ^{[5] [6],} таких как те, которые образуются при ацилировании по Фриделю-Крафтсу . Двухступенчатая последовательность ацилирования по Фриделю-Крафтсу с последующим восстановлением по Клемменсену представляет собой классическую стратегию первичного алкилирования аренов .  

Механизм

Схема 2: Механизм восстановления Клемменсена был предложен в 1975 году. ^{[7] [8]} Карбонил сначала преобразуется в радикальный анион (показан синим цветом), затем в карбеноид цинка (показан красным цветом), а затем восстанавливается до алкана.

Несмотря на то, что реакция была впервые обнаружена в 1914 году, механизм восстановления Клемменсена остается неясным. Из-за гетерогенной природы реакции механистические исследования затруднены, и было опубликовано лишь несколько исследований. ^{[9] [10]} Механистические предложения обычно ссылаются на цинкорганические промежуточные соединения, иногда включая карбеноиды цинка , либо как дискретные виды, либо как органические фрагменты, связанные с поверхностью металлического цинка. Брюстер предположил возможность восстановления, происходящего на поверхности металла. В зависимости от состава карбонильного соединения или кислотности реакции связь углерод-металл или кислород-металл может образоваться после присоединения соединения к поверхности металла. ^[9] Кроме того, Ведея предложил механизм, включающий образование радикального аниона и карбеноида цинка с последующим восстановлением до алкана ^{[7] [8]} (как показано выше). Однако спирт и карбанион не считаются промежуточными соединениями, поскольку воздействие на спирт условий Клемменсена редко дает алкановый продукт. ^{[9] [11]}

Приложение

Высокосимметричные углеводородные соединения привлекли большой интерес из-за их красивой структуры и потенциальных применений, но проблемы в синтезе сохраняются. Сузуки и др. синтезировали дибаррелан, тип углеводородного соединения, используя восстановление Клемменсена. ^[12] Они выдвинули гипотезу, что вторичный спирт подвергся реакции S _N 1 , образуя хлорид . Затем избыточное количество цинка восстановило хлорид. Важно, что реакция эффективно восстановила два кетона, спирт и метоксикарбонильную группу, избежав при этом каких-либо побочных продуктов , что дало продукт с высоким выходом (61%).

Схема 3: Синтез дибаррелана. ^[12]

Восстановление по Клемменсену не особенно эффективно с алифатическими или циклическими кетонами. Измененное условие, включающее активированную цинковую пыль в безводном растворе хлористого водорода в диэтиловом эфире или уксусном ангидриде , приводит к более эффективному восстановлению. Модифицированное восстановление по Клемменсену позволяет проводить селективную дезоксигенацию кетонов в молекулах, содержащих стабильные группы, такие как циано , амидо , ацетокси и карбоалкокси . Ямамура и др. эффективно восстановили холестан-3-он до холестана, используя измененное условие Клемменсена, и получили продукт с высоким выходом (~76%). ^[13]

Схема 4: Восстановление холестан-3-она до холестана с использованием восстановления Клемменсена. ^[13]

Проблемы и альтернативные подходы

Для проведения восстановления по Клемменсену субстрат должен быть устойчив к сильнокислым условиям реакции (37% HCl). Доступно несколько альтернатив. Восстановление по Вольфу-Кишнеру может восстанавливать кислоточувствительные субстраты, устойчивые к сильным основаниям . Для субстратов, устойчивых к гидрогенолизу в присутствии никеля Ренея , доступен более мягкий двухэтапный метод восстановления Мозинго .

Дальнейшее чтение

• Клемменсен, Э. (1914). «Über eine allgemeine Methode zur Reuktion der Carbonylgruppe in Aldehyden und Ketonen zur Mmethylengruppe». Химише Берихте . 47 : 51–63. дои : 10.1002/cber.19140470108.
• Клемменсен, Э. (1914). «Über eine allgemeine Methode zur Reuktion der Carbonylgruppe in Aldehyden und Ketonen zur Mmethylengruppe. (III. Mitteilung.)». Химише Берихте . 47 : 681–687. дои : 10.1002/cber.191404701107.
• Мартин, Э. Л. (1942). «Редукция Клемменсена». Org. React. 1 : 155.
• Бьюкенен, Дж. Г. Ст. К.; Вудгейт, П. Д. (1969). «Восстановление по Клемменсену дифункциональных кетонов». Quarterly Reviews, Chemical Society . 23 (4): 522. doi :10.1039/QR9692300522.
• Ведейс, Э. (1975). «Восстановление кетонов по Клемменсену в безводных органических растворителях». Org. React. 22 : 401–422.
• Ямамура, С.; Нишияма, С. (1991). «Восстановление Клемменсена». Комплексный органический синтез . 8 : 309–313.
• Burdon, J.; Price, RC (1986). «Механизм восстановления Клемменсена: субстраты». Журнал химического общества, Chemical Communications (12): 893–894. doi :10.1039/c39860000893 – через Королевское химическое общество.
• Парих, А.; Парих, Х.; Парих, К. (2006). Назвать реакции в органическом синтезе . Foundation Books. стр. 115–117. doi :10.1017/UPO9788175968295.032. ISBN 9788175968295.
• Кэри, Фрэнсис А.; Сандберг, Ричард Дж. (2007). Advanced Organic Chemistry: Часть B: Реакции и синтез (5-е изд.). Нью-Йорк: Springer. стр. 453. ISBN 978-0387683546.

Смотрите также

• Синтез фенантрена по Хаворту
• Сокращение Мозинго
• Сокращение Вольфа-Кишнера
• Ацилирование Фриделя-Крафтса

Ссылки

1. Смит, Майкл (2007). Продвинутая органическая химия Марча: реакции, механизмы и структура. Джерри Марч (6-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-Interscience. стр. 1835. ISBN 978-0-471-72091-1. OCLC  69020965.
2. Кэри, Фрэнсис А.; Сандберг, Ричард Дж. (2007). Advanced Organic Chemistry: Часть B: Реакции и синтез (5-е изд.). Нью-Йорк: Springer. стр. 453. ISBN 978-0387683546.
3. Клемменсен, Эрик (1913). «Сокращение кетонена и альдегидена цу ден энтспрехенден Кохленвассерштоффен унтер Анвендунг фон амальгамиертем Цинк и соль». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 46 (2): 1837–1843. дои : 10.1002/cber.19130460292. ISSN  0365-9496.
4. Кэри, Фрэнсис А.; Сандберг, Ричард Дж. (2007). Advanced Organic Chemistry: Часть B: Реакции и синтез (5-е изд.). Нью-Йорк: Springer. стр. 453. ISBN 978-0387683546.
5. "Y-фенилмасляная кислота". Органические синтезы . 15 : 64. 1935. doi :10.15227/orgsyn.015.0064. ISSN  0078-6209.
6. "КРЕОСОЛ". Органические синтезы . 33 : 17. 1953. doi :10.15227/orgsyn.033.0017. ISSN  0078-6209.
7. Li, Jie Jack (2021), Li, Jie Jack (ред.), «Восстановление Клемменсена», Name Reactions: A Collection of Detailed Mechanisms and Synthetic Applications , Cham: Springer International Publishing, стр. 109–111, doi : 10.1007/978-3-030-50865-4_31, ISBN 978-3-030-50865-4, S2CID  243452810 , получено 2023-04-01
8. Vedejs, E. (1975), John Wiley & Sons, Inc. (ред.), "Восстановление кетонов по Клемменсену в безводных органических растворителях", Organic Reactions , Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, Inc., стр. 401–422, doi :10.1002/0471264180.or022.03, ISBN 978-0-471-26418-7, получено 2023-04-01
9. Brewster, James H. (1954). «Восстановления на металлических поверхностях. II. Механизм восстановления по Клемменсену 1». Журнал Американского химического общества . 76 (24): 6364–6368. doi :10.1021/ja01653a035. ISSN  0002-7863.
10. Накабаяши, Тадааки (1960). «Исследования механизма восстановления по Клемменсену. I. Кинетика восстановления по Клемменсену п-гидроксиацетофенона». Журнал Американского химического общества . 82 (15): 3900–3906. doi :10.1021/ja01500a029. ISSN  0002-7863.
11. Мартин, Элмор Л. (2011), John Wiley & Sons, Inc. (ред.), «Восстановление Клемменсена», Органические реакции , Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, Inc., стр. 155–209, doi :10.1002/0471264180.or001.07, ISBN 978-0-471-26418-7, получено 2023-03-31
12. Сузуки, Такахиро; Окуяма, Хироши; Такано, Ацухиро; Сузуки, Шинья; Симидзу, Исао; Кобаяши, Сусуму (21 марта 2014 г.). «Синтез дибаррелана, дибицикло[2.2.2]октанового углеводорода». Журнал органической химии . 79 (6): 2803–2808. дои : 10.1021/jo5003455. ISSN  0022-3263. ПМИД  24564301.
13. "Модифицированное восстановление Клемменсена: Холестан". Органические синтезы . 53 : 86. 1973. doi :10.15227/orgsyn.053.0086.