Oxidación de compuestos nitrogenados

Oxidación de compuestos nitrogenados 1. Oxidación de Aminas Alifáticas. 1.1. Oxidación de de aminas aminas alifáticas primarias 

Una de las reacciones de oxidación clásica de las aminas primarias, es la del KMnO 4 neutro y frío, que sobreoxida la imina intermedia hasta la formación de aldehído. Pero esta reacción es difícil de controlarla y normalmente se obtienen mezclas de productos de oxidación RCH RCH 2NH2 

+

KMnO4

H

RCH=NH

RCHO + NH 3

H2O

Las aminas alifáticas primarias se oxidan fácilmente a nitrilos por el óxido de cobre

en piridina, como es el caso de los dos sistemas que se indican a continuación: O2 /CuCl/piridina

RCH RCH 2NH2

R

ó Cu4Cl4O2 /piridina/N2

N

+

A. Levigne et. al

2 H2O

El catalizador Au/TiO2, permite oxidar aminas alifáticas a amidas. En cambio las

diaminas de cadena lineal extensa y aminas alicíclicas se oxidan a las correspondientes lactamas: N

NH2

OH O

O2 (1 atm) , Au/TiO2

H2SO4 NH

agua alternativame alte rnativamente nte puede p uede utili uti li zarse l os sgts sistemas sistemas:: -

i)

NH3 /H2O2, TS I

ii) NH3 /O 2, M - AIPO O

O 2 , Au/TiO2 NH2

N

20 h , 130º C

H

91 %

O O2 (1 atm) , Au/Ti Au/Ti O2

H2N Las

NH2

NH

Dioxano

aminas alifáticas, por oxidación, pueden también transformarse en nitroalcanos a

través de varias etapas con el reactivo de Murray (dimetildioxirano). RNH 2

RNHOH

RNO

RNO 2

Si el grupo alquilo R unido a la amina es terciario. El KMnO 4, también lo oxida a un nitroderivado. R

R

KMnO4 NH2

R

NO2

R

R

R



Los reactivos de poli (N, N'-dicloro-N-etilbenceno-1,3-disulfonamida) (PCBS) y N, N, N', N'-tetraclorobenceno-1,3-disulfonamida (TCBDA) permiten la preparación de nitrilos, a partir de las aminas primarias. R. Ghorbani-Vaghei, H. Veisi, Synthesis , 2009, 945-950.

R

NH2

0.6 eq. TCBDA 3 eq. NEt3 DMF, 25ºC, 1 - 2 h

TCBDA: R

N

O NCl NCl 2

O S

S O

O

NCl NCl 2 1

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

Un método eficiente y altamente selectivo para la oxidación de aminas primarias, para formar nitrilos, se consigue utilizando ácido tricloroisocianúrico (TCCA) en presencia del catalizador catalizador TEMPO. O

R

NH2

1,3 mol% TEMPO 1,3 eq TCCA

TCCA:Cl R

CH2Cl2, 10ºC, 1.5 - 4.5 h

N

N

O

N N

Cl

O

Cl

Este método permite la síntesis de varios nitrilos alifáticos, aromáticos y heterociclos con excelente rendimiento. F.E. Chen, Y.Y. Kuang, H.F. Dai, L. Lu, M. Huo, Synthesis , 2003, 2629-2631. 

El Rutenio soportado en alúmina actúa como un catalizador heterogéneo eficaz para la oxidación oxidación de aminas alifáticas poco activadas activadas al nitrilo nitrilo correspondiente, correspondiente, con 1 atm de oxígeno o aire. K. Yamaguchi, N. Mizuno, Angew. Chem. Int. Ed., Ed. , 2003, 42 , 1480-1483. 1480-1483. 2,8 mol % Ru/Al2O3 R 

NH2

R

-

N

O2, PhCF3, 100ºC 1 10 h

Otra oxidación de aminas alifáticas, que produce nitrilos, es la siguiente: O2 /CuCl/Piridina R

NH2

R

C

N

ó Cu4Cl4O2 /Piridina/N2

+

2 H2O

1.2. Oxidación de aminas alifáticas secundarias. El mismo reactivo de Murray reacciona con aminas secundarias quirales produciendo nitroderivados con la misma estereoquímica estereoquímica que el sustrato: O NH2

El

NO2

O

ácido nitroso oxida a las aminas secundarias alifáticas a la correspondiente N-

nitrosoamina: R N H R 

H

HNO 2, 0º 0º

O N

R R

R O N N R

XO

Otros oxidantes comunes, producen las siguientes transformaciones: KMnO 4

R2NH

R2N NR 2

H2SO5

R2NH

El

R2NOH NOH

ácido de caro, (ácido peroxosulfúrico) (H 2SO5) se prepara a partir de la reacción del ácido sulfúrico con peróxido de hidrógeno. Ph

CH3ReO3 NH

Ph

úrea, H2O2

CH OH

Ph

+

N O

-

Ph





N

+

N

H H2O2

O

-

N

OH

H H

perácidos

N

+

NH

N

O

-

OH

1.3. Oxidación de aminas aminas alifáticas alifáticas terciarias terciarias Oxidación

de las carbodiimidas con H 2O2 (DCC-H2O2, DIC-H2O2, EDC-H2O2). Las carbodiimidas se forman por la deshidratación de ureas o de tioureas. Ellos también se forman por el tratamiento de isocianatos orgánicos con catalizadores adecuados (por lo general a base de óxidos fosfoleno); en este proceso, el anhídrido carbónico se desarrolla desde el isocianato. R N R

N

N

R

H2O2, MeOH

H R 1 O

H N

O

O

+

R1

O

H

H R

R

R

Las

aminas alifáticas terciarias, no son oxidadas por permanganato de potasio pero lo son por los reactivos de Fenton (FeSO 4 + H2O2), el ácido de Caro y otros peróxidos, transformándolo en óxidos de amina: Caro R3N O R3N

Los óxidos de aminas terciarias tienen t ienen momento dipolar elevado y puntos de fusión altos. El calentamiento de estos óxidos, genera alquenos terminales específicos (reacción de Cope). Por

otro lado, las aminas terciarias pueden ser convertidas eficientemente en los correspondientes nitrilos, con buenos rendimientos por oxidación con 1,3-diiodo-5,5dimetilidantoina (DIH) en amoníaco acuoso a 60 ºC. S. Iida, H. Togo, Synlett , 2007, 407-410. R

N R1

R2

O

DIH: 1,2 - 2,5 eq. DIH R

N

N

NH3 (ac) (30%), (30%), 60ºC, 60º C, 6 h

N H

I

O

2. Oxidación de Aminas Aromáticas. 2.1. Oxidación de aminas aromáticas primarias. La oxidación más común y simple

de las aminas aromáticas, las transforma en quinonas o derivados de la misma. En general la mayoría de los oxidantes NH2 inorgánicos comunes producen esta ác. iódico transformación, transformación, los resultados son óptimos montmorilonita, silicagel si se utiliza con este propósito ácido yódico, microondas en presencia de montmorilonita y silicagel Se ha probado además, que irradiando con microondas las aminas primarias, los rendimientos son muy elevados. Sin embargo la oxidación de la anilina, puede controlarse en los diferentes niveles sucesivos antes de llegar a un nitrobenceno. NH

NHOH

NO

NO

O





Los métodos para la síntesis de quinonas dependen de su estructura. La benzoquinona se prepara por oxidación de aminas aromáticas ó fenoles, en cambio el naftaleno y los hidrocarburos aromáticos polinucleares mayores se oxidan directamente formando quinonas. MnO2, H

H2N

+

O

O Benzoquinon

Las ortoquinonas se preparan frecuentemente a partir de derivados orto-disustituídos de los correspondientes sistemas aromáticos. OH

O

O +

Ph

-

K O3 S N

-

SO3 K

Ph

+

O

Para la síntesis de quinonas que son difíciles de preparar por otros métodos, se hace uso del radical estable nitrosil disulfonato (ND). Una oxidación suave de las aminas aromáticas, se da con la Oxona (peroximonosulfato (peroximonosulfato potásico) en medio de acetona acuosa. (Kevis S. Webb). Esta reacción es compatible con varios grupos susceptibles de ser también oxidados en el anillo bencénico. NO2

NH2 Oxona acetona, acuosa R

R Oxona H2N

COOH

acetona, acuosa acuosa

O2N

COOH (7 (75%)

OH

OH Oxona (73%) acetona, acuosa

NH2

NO2



La oxidación de aminas aromáticas primarias con perborato de sodio (SPB) tetrahidrato y catalizada por el ácido fosfotungstico H 3PW. nH2O forma el nitroderivado correspondiente correspondiente con buenos rendimientos. H. Firouzabadi, Firouzabadi, et. al. Green Chemistry , 2001, 3, 131-132. SPB/H3PW.nH 2O ArNH 2

CTAB, CTAB, calo r

ArNO 2

Oxidación en soluciones acuosas con fosfinas fosfina s hidrosolubles y óxido nítrico disuelto en ácido nitroso. (A. BaKac, et. al.) 

La oxidación selectiva de aminas aromáticas a Nitro derivados con el sistema catalítico yoduro de potasio-terc-butil hidroperóxido potasio-terc-butil hidroperóxido (TBHP). K. Rajender Reddy. NH

NO







Otro procedimiento selectivo importante para oxidar aminas aromáticas primarias al correspondiente nitroderivado, radica en el uso de tetraalquil amoniobromato en medio ácido. Esta reacción es compatible con muchos grupos funcionales. NH2

NO2 R4NBrO 3, CH3COOH

R

R

6 N H2SO4

Las siguientes transformaciones son muy elocuentes:

NO2

NH2

NO2

NO2

Cl

Cl NH2 Br

Br

NH2

NO2 Br

Br

NO2

Br

Br

COOH

COOH

NH2

NH2 

NO2

NO 2

Las aminas primarias aromáticas, pueden ser oxidadas por el ácido nitroso, para producir sales de diazonio muy estables, NH2 que sirven como intermediarios en NaNO 2 síntesis orgánica, para introducir otros grupos en el anillo bencénico, que no HCl HCl pueden introducirse de manera directa.

+

N2 Cl

-



El peróxido de hidrógeno en ácido trifluoro acético (o sea ácido pertrifluoroacético) oxida a las aminas primarias bencenoides a nitrobencenos con buenos rendimientos: NH2

H2O2, CF CF 3COOH, 50º

NO2 CN

CN H2O2, CF3COOH, COOH, 50º 50 º

NH2 Otro

79%

98% NO2

reporte que se conoce en la formación de nitrilos, se relaciona con la oxidación de





2 eq. DMP NH2

Ar

N

Ar

CH 2Cl 2, 25ºC, 10 - 15 min

2.2. Oxidación de aminas aromáticas secundarias. Así como las aminas alifáticas

secundarias, las aminas aromáticas también forman nitrosoaminas con ácido nitroso. NH

NaNO 2

N

N

O

NaNO2

NH

N

HCl HCl

N

O

N - n itrosodim itrosodimetil etilami amin n

HCl HCl N - metilanilina

N - nitroso N -metilanilin

Por otro lado, se han encontrado que las alquilhidrazinas pueden oxidarse limpiamente a la hidrazona correspondiente en condiciones de Swern, con buenos rendimientos. H

Ph

H

1) DMSO, CH 2Cl2, TFAA Ph

80%

2) NEt 3

HN

N NHCBZ

NHCBZ TFAA: Anhídrido trifluoroacético

Varias N, N-dialquilhidr N-dialquilhidroxilaminas oxilaminas se oxidan oxidan a la nitronas respectivas utilizando MnO2. El dióxido de manganeso es un reactivo eficaz y suave para la oxidación de hidroxilaminas, mostrando un nivel de regioselectividad comparable al HgO. Su no toxicidad hace del MnO 2 el reactivo de elección para la sustitución de HgO en esta oxidación. R

N

MnO2

R

+

O-

OH

2.3.

R

N

R

Reaccionan con ácido nitroso Oxidación de aminas aromáticas terciarias. terciarias. Reaccionan para formar compuestos N-nitrosoamonio. N-nitrosoamonio. R1

R1

HONO

N

N

N

O

R2

R2

N - nitrosoamonio

3. Oxidación de oximas Las

oximas intermedias producidas, se transforman en lactamas a través de la transposición de Beckmann. Otros sustratos que proporcionan oximas como intermediarios, intermediarios, son por supuesto los aldehídos, cetonas y nitroderivados: NO2

N

OH

O H2SO4

H2, Au/TiO2

NH

N

O NH2OH, H 2SO4, NH3

OH H2SO4 -

ó, TS I

O NH







cloruro de sulfometilo, catalizado con grafito. H. Shargi, M. H. Sarvari, Synthesis , 246. N

R

1 eq. MeSO2Cl/C

OH

-

100ºC, 5 20 min

R

2003,

243-

N



Otras cetoximas, preparadas a partir de las cetonas correspondientes, se someten a la transposición de de Beckmann a la temperatura temperatura ambiente ambiente con rendimientos rendimientos excelentes en la formación de nitrilos, debido al tratamiento con 2,4,6-tricloro [1,3,5] triazina (TCT) en N, Ndimetilformamida (DMF). L. De Luca, G. Giacomelli, A. Porcheddu, J. Org. Chem., Chem., 2002, 67 , 6272-6274. Cl HO

TCT:

1 eq. TCT

N

N

DMF, r.t. 4 h

H

R

N

N

R

Cl

N

Cl



El [RuCl2 y (p-cimeno)] adsorbidos en el carbón activado, es un catalizador eficaz, atractivo y altamente selectivo amigable con el medio ambiente, para su uso en oxidaciones aeróbicas, aeróbicas, oxidaciones hidrolíticas y deshidrataciones. E. Choi, C. Lee, Y. Na, S. Chang, Org. Lett., Lett., 2002, 4 , 2369-2371. -

R

N

OH

[RuCl 2, p cimeno] 2 /C R

-

MeCN eCN,, 80º 80 º C, 15 30 min

N



Las cetoximas se someten a la transposición de Beckmann cuando se calienta con 0,5 equivalentes molares de cloral (hidrato) en ausencia de disolventes y ácidos. Los rendimientos de las correspondientes correspondientes amidas fueron excelentes. O MeO

MeO N

HO

OH

H

CCl CCl 3 -

120º. 2 5 h

73% HO

N

H

Asimismo, las aldoximas aromáticas fueron deshidratadas a los nitrilos respectivoss con excelentes rendimientos en condiciones similares.(S. Chandrasekhar, K. Gopalaiah, Tetrahedron Lett., Lett. , 2003, 44 , 755-756). 

Una oxidación conveniente de oximas a los compuestos nitro utiliza perborato de sodio en ácido acético glacial como agente oxidante. G. A. Olah, P. Ramaiah, C.-S. Lee, G. K. Surya Prakash, Synlett, 1992, 337 R

5 eq. NaBO3.4H2O

R





H 1) MeONa

NO2

2) TiCl3 /H -

O

+

N

O

H R



1

O

-

-

B

R

R

1

+

N

O

-

O

TiCl3

R

R

+

N 1

O

+

HO

OTiCl2

R

R

N 1

O

+

H R

R

1

R

Han sido propuestos una gran variedad de variantes de la reacción de Nef, con el propósito de hacerla más selectiva y de alcanzar Variantes de la reacción de Nef.

mayores rendimientos. SiMe3

SiMe3 NO2

1) KH (74%)

2) HCl O2N

O

SiO2 CH3ONa ONa (99%)

O

O 2N

1) Me3SiCH2MgCl

(70%)

O

CH2SiMe3

2) KMnO4, oºC, 10 min

(95%)

H (96%)

tBuO

O O

O 1) CH 3ONa ONa O 2N

O

O

-

NO2

O

NO2

1) t BuOK

tBuO

O 1) LiOCH3 2) KMnO4

2) 10% H2SO4

O

O

O

2) O3

HO

(73%) O

O

NO2

O TPAP (10% mol)

TPAP, NMO

NMO, AgOAc





-

- +

1) t BuO K

O

O

2) H2O, Cu(II) (80%)

3) O NO2 

O

O

Oxidación con clorito de sodio. sodio. El hipoclorito de sodio mediante una catálisis con

(CH2Cl2, NaOH, Bu4NHSO4) es también un buen procedimiento para la oxidación de nitrocompuestos nitrocompuestos alifáticos primarios o secundarios, para producir aldehidos y/o cetonas y se constituye en otra alternativa complementaria a la reacción de Nef. O

O NaClO2, CH2Cl2 +

NaOH, Bu 4N HSO4

(7O%) -

O

NO2 H

5. Oxidación de nitroarenos

Los nitroarenos reaccionan con aniones de terc -butil -butil hidroperóxidos de cumilo en presencia de bases fuertes para formar o y p y p -nitrofenoles. -nitrofenoles. La reacción procede generalmente con alto rendimiento y es de valor práctico, como un método de síntesis y fabricación de nitrofenoles. M. Makosza, K. Sienkiewicz, J. Org. Chem., Chem., 1998, 63 , 4199-4208. -

NO2 R

1.1. eq. t BuOOH Hidroperçoxido Hidroperçoxido de cumeno -

2.5 - 5 eq. t BuOK NH3/THF(!=:3), -33ºC, 15 min

NO2

NO2

+

R

OH

R

HO

6. Oxidación de nitrilos. 

Una serie de benzonitrilos se han hecho reaccionar con perborato de sodio en agua y la presencia de una base y trazas de sales de cobre, para formar las correspondientes amidas con buenos rendimientos. El procedimiento ocurre en condiciones suaves y es una alternativa conveniente para la síntesis de aril amidas.



Los nitrilos también se tansforman en amidas a través de la hidrólisis básica de los mismos, a través de una reacción en condiciones equimolares.



Por otro lado los nitrilos se combinan eficientemente con cloruro de ácido carboxílico, para formar amidas en presencia de hidrocloruro de zirconato. Cp





KI (5mol%) R

N3

aq. TBHP T BHP (70% (70% sol sol en H2O)

R

N

no solvente, r.t.

8. Oxidación de Piridinas.

La elevada energía de resonancia de la piridina produce una mayor estabilidad a la oxidación que la encontrada para el benceno. Así el anillo piridínico resiste casi cualquier tipo de oxidación. Este comportamiento permite por ejemplo que en la quinoleína, sea el anillo bencénico el que sufra rompimiento por oxidación. HOOC Oxidación

N

ácido 2,3 - piridincarboxílic

fuerte

ó ácido quinolínico

HOOC

N COOH

ácido isonicotínico isonicotínico

N

N

picolina

COOH

N picolina

KMnO4

ácido nicotínic

N

ácido picolínic

N picolina 

N

COOH

Esta extraordinaria estabilidad, ayuda por ejemplo a que los grupos alquilo sobre el anillo piridínico puedan ser oxidados fácilmente, ello ocurre cuando las diferentes picolinas extraídas del alquitrán de hulla son oxidadas, para formar ácidos piridincarboxílicos.

Oxidación de compuestos nitrogenados

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