Redukcja Meerweina-Ponndorfa-Verleya - Meerwein–Ponndorf–Verley reduction

Meerweina-Ponndorf-Verley (MPV) Redukcja w chemii organicznej jest redukcja z ketonów i aldehydów do odpowiadających im alkoholi wykorzystujących aluminium alkoholanu katalizy w obecności protektorowej alkoholu. Zaletą redukcji MPV jest jej wysoka chemoselektywność i zastosowanie taniego, przyjaznego dla środowiska katalizatora metalicznego.

Rysunek 1, Wymiana stanów utlenienia karbonylu w obecności izopropanolanu glinu.

Redukcja MPV została odkryta przez Meerweina i Schmidta, a osobno przez Verleya w 1925 roku. Odkryli, że mieszanina etanolanu glinu i etanolu może zredukować aldehydy do ich alkoholi. Ponndorf zastosował reakcję do ketonów i uaktualnił katalizator do izopropanolanu glinu w izopropanolu .

Mechanizm

Uważa się, że redukcja MPV przechodzi przez cykl katalityczny obejmujący stan przejściowy sześcioczłonowego pierścienia, jak pokazano na Figurze 2. Wychodząc z alkoholanu glinu 1 , tlen karbonylowy jest koordynowany w celu uzyskania tetra-skoordynowanego związku pośredniego glinu 2 . Pomiędzy produktami pośrednimi 2 i 3 wodorek jest przenoszony do karbonylu z ligandu alkoksy poprzez mechanizm perycykliczny . Na tym etapie nowy dysocjuje karbonylowe i daje tricoordinated związków glinu, 4 . Wreszcie alkohol z roztworu wypiera nowo zredukowany karbonyl w celu regeneracji katalizatora 1 .

Rysunek 2, cykl katalityczny redukcji Meerweina-Ponndorfa-Verleya

Każdy etap cyklu jest odwracalny, a reakcja jest napędzana przez termodynamiczne właściwości półproduktów i produktów. Oznacza to, że z czasem faworyzowany będzie bardziej stabilny termodynamicznie produkt.

Zaproponowano kilka innych mechanizmów tej reakcji, w tym mechanizm rodnikowy , a także mechanizm obejmujący rodzaj wodorku glinu . Bezpośredni transfer wodorków jest powszechnie akceptowanym mechanizmem, ostatnio wspieranym przez dane doświadczalne i teoretyczne.

Chemoselektywność

Jedną z największych zalet redukcji Meerweina-Ponndorfa-Verleya jest jej chemoselektywność . Aldehydy są redukowane przed ketonami, co pozwala na pewną kontrolę nad reakcją. Jeśli konieczne jest zredukowanie jednego karbonylu w obecności drugiego, można zastosować zwykłe grupy zabezpieczające karbonyl. Grupy, takie jak alkeny i alkiny, które normalnie stwarzają problem przy redukcji innymi sposobami, nie wykazują reaktywności w tych warunkach.

Stereoselektywność

Redukcja Meerweina-Ponndorfa-Verleya na bazie glinu może być przeprowadzona na prochiralnych ketonach prowadzących do chiralnych alkoholi. Trzy główne sposoby osiągnięcia redukcji asymetrycznej to zastosowanie źródła chiralnego wodorku alkoholu, zastosowanie wewnątrzcząsteczkowej redukcji MPV lub zastosowanie chiralnego ligandu na alkoholanie glinu.

Jedną z metod uzyskania asymetrycznej redukcji MPV jest zastosowanie chiralnych alkoholi wodorkowych. Zastosowanie chiralnego alkoholu (R)-(+)- sec - o -bromofen-etylowego dało 82% ee (procentowy nadmiar enancjomeryczny ) w redukcji 2-chloroacetofenonu. Ta enancjoselekcja jest spowodowana steryką dwóch grup fenolowych w sześcioczłonowym stanie przejściowym, jak pokazano na Figurze 3. Na Figurze 3, 1 jest faworyzowany nad 2 ze względu na duży efekt steryczny w 2 z dwóch grup fenylowych .

Rysunek 3, Stany przejściowe redukcji MPV za pomocą chiralnego alkoholu

Zastosowanie wewnątrzcząsteczkowej redukcji MPV może zapewnić dobrą enancjoczystość. Przywiązując keton do źródła wodorku, możliwy jest tylko jeden stan przejściowy (Rysunek 4) prowadzący do asymetrycznej redukcji. Ta metoda ma jednak zdolność do odwrotnego utleniania Oppenauera ze względu na bliskość dwóch odczynników. W ten sposób reakcja przebiega w równowadze termodynamicznej ze stosunkiem produktów do ich względnej stabilności. Po przeprowadzeniu reakcji część cząsteczki będącą źródłem wodorku można usunąć.

Rysunek 4, Stan przejściowy wewnątrzcząsteczkowej redukcji MPV

Chiralne ligandy na alkoholanie glinu mogą wpływać na stereochemiczny wynik redukcji MPV. Ta metoda prowadzi do redukcji podstawionych acetofenonów nawet do 83% ee (Rysunek 5). Atrakcyjność tej metody polega na tym, że wykorzystuje ona chiralny ligand w przeciwieństwie do stechiometrycznego źródła chiralności. Ostatnio wykazano, że niska selektywność tej metody wynika z kształtu stanu przejściowego. Wykazano, że stan przejściowy jest planarnym sześcioczłonowym stanem przejściowym. Różni się to od uważanego modelu Zimmermana-Traxlera, takiego jak stan przejściowy.

Rysunek 5, reakcja MPV z chiralnym ligandem

Zakres

Kilka problemów ogranicza stosowanie redukcji Meerweina-Ponndorfa-Verleya w porównaniu do stosowania innych środków redukujących. Kontrola stereochemiczna jest poważnie ograniczona. Często przy użyciu komercyjnego odczynnika potrzebna jest duża ilość alkoholanu glinu i istnieje kilka znanych reakcji ubocznych.

Chociaż dostępny jest handlowy izopropanolan glinu, jego stosowanie często wymaga załadowania katalizatora do 100-200% molowych. Utrudnia to stosowanie redukcji MPV na dużą skalę. Ostatnie prace wykazały, że alkoholany glinu wytworzone in situ z odczynników trimetyloglinu mają znacznie lepszą aktywność, wymagając zaledwie 10% obciążenia. Uważa się, że różnica w aktywności wynika z dużego stanu skupienia dostępnego w handlu produktu.

Wiadomo, że występuje kilka reakcji ubocznych. W przypadku ketonów, a zwłaszcza aldehydów, zaobserwowano kondensację aldolową . Aldehydy bez α-wodorów mogą ulegać reakcji Tiszczenki . Wreszcie, w niektórych przypadkach alkohol wytworzony przez redukcję można odwodnić dając węgiel alkilowy .

Wariacje

Redukcja Meerweina-Ponndorfa-Verleya została ostatnio zastosowana w syntezie chiralnych amin z ketimin przy użyciu chiralnego alkoholanu. Dodanie grupy fosfinoilowej do azotu ketiminy pozwoliło na uzyskanie wysokiej enancjoselektywności do 98% ee.

Wykonano prace nad wykorzystaniem lantanowców i metali przejściowych do redukcji Meerweina-Ponndorfa-Verleya. Zarówno ruten, jak i samar wykazały wysoką wydajność i wysoką stereoselektywność w redukcji karbonylków do alkoholi. Wykazano jednak, że katalizator rutenowy przechodzi przez pośredni wodorek rutenu. Redukcja Meerweina-Ponndorfa-Verleya została również dokonana z syntetycznie użyteczną wydajnością przez izopropanolan plutonu (III).

Standardowa redukcja MPV jest reakcją jednorodną, ​​opracowano kilka reakcji heterogenicznych.

Zobacz też

• Utlenianie Oppenauera
• Redukcja karbonylowa

Bibliografia