W. Rivera M.
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2011
Oxidación de Alcoholes y Éteres Por. Wilbert Rivera Muñoz
[email protected]
1. Alcoholes primarios y secundarios. 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
H2CrO CrO 4
O
H2CrO CrO 4
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 H2CrO4 ( sol acuosa) CrO3 + H2O K2Cr2O7 + K2SO4 Cr(VI) Cr (III) (negro)
(verde)
Los alcoholes 2º, son transformados a cetonas:
R2CHOH
reactivo de Jones
R
acetona
R
O
Los alcoholes 1º son oxidados a ácidos carboxílicos. RCH RCH 2OH
reactivo 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 camino para grupos y compuestos sensibles sensibles al H +, por lo que se recurren a otras opciones como medio de reacción
JACS 1982, 104, 5558
Si
OH
O
1) Jones acetona
Si
OMe
2) CH 2N2 H 17C8
O
OH
H17 C8
O
O
Jones O O
acetona
O
JACS JACS 1975, 9 7, 287
O
Oxidación de Collins ( CrO3. 2 piridina) TL 1969, 3363 CrO 3. 2 piridina - CrO3 (anhidro) + piridina (anhidro)
1
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H
CrO 3 . (C 5H5N) 2
JACS JACS 1969, 91, 44318
CH2Cl 2
OH
O
O
ArO
O
ArO O
O
Los alcoholes 1º y 2º son oxidados a aldehídos y cetonas, respectivamente, en soluciones no acuosas (CH 2Cl2) 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. oxidación de compuestos compuestos sensibles al H + - Útiles para la oxidación exceso del reactivo reactivo - Debe utilizarse un gran exceso Clorocromato de Piridinio (PCC, Oxidación de Corey - Suggs). TL 1975 2647 Synthesis 1982, Synthesis 1982, 245 (review) -
CrO3 + 6M HCl + piridina pyH+CrO3 Clcantidades estequiométricas estequiométricas w / sustrato. El reactivo puede ser usado en cantidades amortiguada w / NaOAc El PCC se alimenta ligeramente ácido, pero puede ser amortiguada PCC, CH 2Cl 2
JACS 1977, 99, 3864
O
HO
H
O O
PCC, CH 2Cl 2
O
H TL, 1975, 2647
O
OH
O
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.
Clorocromato
OH HO
Me2N
N HClCrO 3 62%
CHO CHO HO
Reordenamientos oxidativos
JOC 1977, 42, 682
JOC 1976, 41, 380
OH PCC, CH 2Cl 2
PCC, CH 2 Cl 2 OH
O
Oxidación selectiva de alcoholes alílicos 2
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OH
OH PCC, CH 2Cl 2 -
3,5 dimetil pirazol
HO
(87%)
O
Oxidación de los grupos grupos metileno activos. JOC 1984, 49, 1647 PCC, CH 2Cl 2
PCC, CH 2Cl 2
O
O O
O
O
O
Dicromato de Piridinio. (PDC, Oxidación de Corey – Schmidt). TL 1979 , 399. (C5H5N)2Cr2O7 Na2Cr2O7. 2H2O + HCl + piridina
CHO
PDC CH2Cl 2
PDC OH
COOH
CH2Cl 2
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 +
MnO4
K O
JACS 1972 94, 4024
O O
Los alcoholes 1º y aldehídos aldehídos son oxidados a ácidos carboxílicos CHO
43 Synthesis 1984, 43 CL 1979 , 44 3
CHO
O
JACS 1972, 94, 4024
COOH
Permanganato de sodio, (NaMnO4) TL 1981, 1655
Reacción heterogénea en benceno Los alcoholes 1º son oxidados a ácidos Los alcoholes 2º son oxidados a cetonas Los múltiples enlaces no son oxidados 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 MnO 2. Dióxido de Manganeso, Manganeso, (MnO2) Review: Synthesis 1976, Synthesis 1976, 65, 133 Oxidación selectiva de alcoholes α, β –insaturado (alílico, bencílico, acetilénico) 3
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La actividad del MnO 2 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
OH
HO
J Chem. Soc . 1953, 2189
MnO2, 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, 561
MeOH, NaCN
MnO2 OH
COOR
ROH, NaCN
Acetato de Manganeso (III). α–hidroxilación de enonas . Synthesis 1990, 1119 y TL 1984, 25, 5839.
O
O AcO
Mn(OAc)3, AcOH
TL 1984 25, 5839
El MnO2, transforma a los alcoholes bencílicos en aldehídos, con buenos rendimientos
OMe O
OMe O
MnO2, r.t. CHCl 3
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
O Ph
OH
RuO4, NaIO4 CCl CCl 4 , H2O, CH 3CN
OH JOC 1981, 46, 3936
Ph O
4
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O
HO RuO4, NaIO 4
TL 1970, 4003
CCl CCl 4, H 2O, CH 3CN
O
O O
O RuO4 , NaIO 4 Ph
OH
CCl4, H 2 O, CH 3 CN
OH
Ph
HO
JOC 1981, 46, 3936
O
Ph3P)4RuO2Cl3, RuO2(bipy)Cl2. JCS P1 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, nPr 4N+RuO4- ) Aldrichimica Acta 1990 Acta 1990, 23, 13
Synthesis 1994, Synthesis 1994, 639
Oxidación suave de alcoholes a cetonas y aldehídos, sin sobreoxidación O
OH
MeOOC
MeOOC
TPAP O
OSiMe2tBu
OSiMe2tBu +
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 bencílico y alílico
TL 1983, 24, 2185
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) Tsuji ) O
CO 2
OH H
O
O
R
O
H
R
Pd (0)
O
R O
O
O
Pd(OAc)2, CH3CN, 80º C
R
R
Pd
- CO2
R
H
R
R
TL 1984, 25, 2791. Tetrahedron, 1987, 43, 3903 HO
HO
H
OH
O
H
CO
OH
2 H
O
OH
JACS 1989, 111, 8039
Pd2(DBA) 3.. CHCl 3. CH3CN
H
O
O
5
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1.5. Oxidación con reactivos de plata 1979, 401 Ag2CO3 (oxidación de Fetizon) También Ag2CO3 /celita Synthesis1979,
Oxidación preferencial de un alcohol 2º sobre un alcohol 1º OH
Ag2CO3, celita
O JCS 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
Ag2CO3, C6H6
OH
O
OH
O
O
Ag2CO3
O
Óxido de plata (Ag2O)
Oxidación suave de aldehídos a ácidos carboxílicos
RCHO
CHO CHO
Ag2O, NaOH
RCOOH
COOH Ag2O, 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 primarios en ácidos y los secundarios secundarios en cetonas. cetonas. La reacción es muy lenta, a menos que se añadan radicales libres como iniciadores. 2 CH3OH OH
+
O2
Ag 250º C
2 HCHO
+
O Cu, 250º C
ciclohexanol
CuCrO 2
+
H2
ciclohexanona
OH alc. isoamílico
275º C
2 H2O H
+
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 algunas aplicaciones de este método en síntesis. síntesis. Ejemplo: Sintetizar el ácido 6-fenilpentanoico, a partir de la ciclohexanona y reactivos necesarios. Retroanálisis:
O
(CH (CH 2)5
COOH
6
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O
HO
(CH2) 4
(CH2) 4
COOH
COOH
MgBr
Síntesis: O HO
2) Mg/éter
(CH2) 5
1) CrO3
MgBr 1)
1) Br2 /Fe
2) H3O
COOH
CH3COOH calor 2) Zn(Hg)/HCl
+
3. Otros agentes oxidantes de alcoholes DMSO activado. Synthesis 1981 Synthesis 1981, 165; 1990, 857 297 Me
Me +
S O
-
+
E S O +
E
Nu
Organic Reactions 1990 Reactions 1990, 39, Me +
Me
Me
+
Nu S
Me
E-O
E = (CF 3CO) CO) 2O, SOCl 2, (COCl) 2, Cl2, (CH 3CO) CO) 2O, TsCl, TsCl, MeCl. -
-
SO3 /piridi /piridi na, F3CSO2H, PO5, H3PO4, 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. O
H3CO R
O R
(CF (CF 3CO) CO) 2O, - 60ºC
OH
R
O O
R OH DMSO, CH2Cl 2 OH
O
H3CO
DMSO, CH 2Cl2
OH
SO3 (Et3N) - 60ºC O
H DMSO, CH2Cl2 OH
O ClCOCOCl, - 60ºC
Oxidación de Swern. Swern. (El anhídrido trifluoroacético puede ser utilizado como agente activador del DMSO).
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O
O
Cl
DMSO, (COCl (COCl ) 2
TL 1988, 29, 49
CH2Cl2, Et3N OH
O
O Me +
S
O
(COCl) 2
-
+
S
CH2Cl2, -78º C
Me
Cl
Me
-
Cl
O
Me
- CO, -CO 2
+
S
Cl
Me
Me
-
R2CH OH
O Me
+
S
Me
Et3N:
R
+
S
O
R
Me
R
Me
O
R H
H
DMSO, (COCl) 2
R
R
Et3 N
OH
O
JACS 1965, 87, 5661, 5670 Oxidación de Moffatt (DMSO/DCC), JACS 1965, C6H11 Me +
S
O
-
CF3COOH piridina
Me H11C6 N
N
Me +
S
NH
O
R2CHOH
N
Me C6H11 = DCC
H
Me +
S
O
Me
R
R
O
R
+
R
Me S Me
C6H11
DCC DCC
OH
O R
R H
DMSO
+ H
Me S Me
JACS 1978, 100, 5565
OH
CHO CHO COOMe
DCC/DMSO
COOMe
CF3COOH, piridina
O
O S
S
Oxidación con SO3/piridina. JACS 1967 JACS 1967, 89, 5505
Oxida selectivamente los alcoholes menos impedidos
COOMe
COOMe HO
H
HO
OH CONH 2
H
OH
H
SO3, piridina
CONH 2
DMSO, CH 2Cl 2
JACS JACS 1989, 111, 8039
O H O
Oxidación de Corey-Kim (DMS/NCS), JACS 1972, 94, 7586
8
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OH
O
1) NCS, Me2S
R1
Me
R1
2) Et 3N
R2
Me S
R2
+
N
Cl
Me
Me (NCS)
+
S
Cl
O N Clorosuccinimida
BCSJ 1977, 50, 2773 Oxidación de Mukayama, BCSJ 1977, O
OH -
1) t BuMgBr, THF O
2) N
N
N
O
N
O
O
O
R
N
R
PrMgBr
N
N
R
O
OH
O
OMgBr THF
R
N
R
R
JOC 1983, 48, 4155 JACS 1992, 113, Oxidación de Dess-Martín (DMP), JOC 1983, 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 presenta tolerancia de grupos grupos funcionales sensibles, y posee una larga vida útil. OAc
AcO
OAc
OAc
I
R
R2CHOH
O
O
I
+
O
+
2 AcOH
R O
O DMP
a. Oxidación llevada a cabo en CHCl 3, CH3CN o CH2Cl2 b. Excelente reactivo para para alcoholes alcoholes con impedimento estérico c. Requiere de condiciones suaves Dess - Martín
HO OR
JOC 1991, 56, 6264
O OR
Oxidación vía formación de tosilatos O
+
H
S
H
H
NaHCO 3
TsCl OH
-
OTs
150º C
O
+
S
O
+
S
9
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Oxidación de Parikh – Doering OH
O
1) DMSO
R1
R1
2) SO 3.Py, Et3N
R2
R2
Oxidación de Oppenauer . Synthesis 1994, Synthesis 1994, 1007 Organic reactions 1951, reactions 1951, 6, 207 OiPr OiPr +
O
Al
OiPr
+
-
O
1 2
R R CHOH H
(CH (CH 3)2C=O C=O
O
Al
OiPr
O
R1
R1
R2
R2
4. 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. NH4HC HCO O 3 /(Bu4N) 2S2O8 Cu(HCO 2)2. Ni(HCO 2)2 R
F.-E. Chen, Y.-Y. Li, Xu M., H.-Q. Jia, Síntesis, 2002, 1804-1806.
RCN RC N
OH KOH, iPrOH/H2O
R : Ar, Vinil, Alqui
4.2. 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 N'-tetraclorobenceno-1,3-disulfonamida (TCBDA). TCBDA: 1,1 eq. TCBDA R
OH
30% ac NH3 25ºC, 1.5 - 5 h
R
O
N
O
NCl NCl 2 S
S NCl NCl 2
O
R: Ar, Alquilo
4.3.
Oxidación con DIH/NH3, H 2O. 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. DIH:
O
1,5 - 2 eq. DIH R
OH
30% ac NH3
R
N
N
R: Ar, Alquilo
I
S. Iida, Togo H., Synlett, 2007, 407410.
N
oscuro, 60ºC, 3.- 32 h
4.4.
O
R. GhorbaniVaghei, H. Veisi, Síntesis, 2009, 945-950.
I
O
Oxidación con Perruthenato de tetrapropilamonio (TPAP o TPAPR).
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Es el compuesto químico descrito por la fórmula N(C3H7)4RuO4. A veces conocido como el reactivo de Ley-Griffith. Esta sal se compone del catión tetrapropilamonio y el perruthenato, RuO 4-anión.
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O
O
OH
O N
+
O
TPAP O
Ru O O
O
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 f uncionalidad de compuestos de cadena abierta o sistemas cíclicos. R
O
1
R
RuO4
O
O
R
RuO4
1
R
O
O
O
Un ejemplo es la conversión de tetrahidrofuranos γ-butirolactonas, o la conversión de di-n-butil éter a n-butirato n-butirato de n-butil. Los reactivos reactivos que producen esta transformación 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
