Редукция Меервейна – Понндорфа – Верлея - Meerwein–Ponndorf–Verley reduction

Редукция Меервейна – Понндорфа – Верлея
Названный в честьГанс Меервейн
Вольфганг Понндорф
Альберт Верли
Тип реакцииОрганическая окислительно-восстановительная реакция
Идентификаторы
Портал органической химииMeerwein-Ponndorf-Verley-Reduction
RSC ID онтологииRXNO: 0000089

В Редукция Меервейна – Понндорфа – Верлея (MPV) в органическая химия это снижение из кетоны и альдегиды к их соответствующим спирты использование алюминия алкоксид катализ в присутствии жертвенного спирта.[1] Преимущества восстановления MPV заключаются в его высокой хемоселективности и использовании дешевого экологически чистого металлического катализатора.

Редукция Меервейна – Понндорфа – Верлея
Рис. 1. Обмен степеней окисления карбонила в присутствии изопропоксида алюминия.

Снижение MPV было обнаружено Meerwein и Шмидта, и отдельно Верли в 1925 г. Они обнаружили, что смесь этоксид алюминия а этанол может восстанавливать альдегиды до их спиртов.[2][3] Понндорф применил реакцию к кетонам и улучшил катализатор до изопропоксид алюминия в изопропанол.[4]

Механизм

Считается, что восстановление MPV проходит через каталитический цикл, включающий шестичленное переходное состояние кольца, как показано на рисунке 2. Начиная с алкоксида алюминия. 1, карбонильный кислород координируется с образованием тетракоординированного промежуточного соединения алюминия 2. Между промежуточными звеньями 2 и 3 гидрид переносится на карбонил от алкоксилиганда через перициклический механизм. В этот момент новый карбонил диссоциирует и дает трехкоординированные частицы алюминия. 4. Наконец, спирт из раствора замещает вновь восстановленный карбонил для регенерации катализатора. 1.

Каталитический цикл восстановления Меервейна – Понндорфа – Верлея
Рисунок 2, Каталитический цикл восстановления Меервейна – Понндорфа – Верли.

Каждый шаг в цикле обратим, и реакция определяется термодинамическими свойствами промежуточных соединений и продуктов. Это означает, что со временем предпочтение будет отдано более термодинамически стабильному продукту.

Было предложено несколько других механизмов этой реакции, включая радикальный механизм, а также механизм, включающий гидрид алюминия разновидность. Прямая гидрид перенос - общепринятый механизм, недавно подтвержденный экспериментальными и теоретическими данными.[5]

Хемоселективность

Одним из главных достоинств редукции Меервейна – Понндорфа – Верли является то, что хемоселективность. Альдегиды восстанавливаются раньше, чем кетоны, что позволяет в некоторой степени контролировать реакцию. Если необходимо восстановить один карбонил в присутствии другого, можно использовать обычные карбонильные защитные группы. Группы, такие как алкены и алкины, которые обычно представляют проблему для восстановления другими способами, не обладают реакционной способностью в этих условиях.[6]

Стереоселективность

Восстановление Меервейна – Понндорфа – Верлея на основе алюминия может быть выполнено на прохиральный кетоны, приводящие к хиральный спирты. Три основных способа достижения асимметричного восстановления - это использование источника хирального гидрида спирта, использование внутримолекулярного восстановления MPV или использование хирального лиганда на алкоксиде алюминия.

Одним из способов достижения асимметричного снижения MPV является использование спиртов, дающих хиральный гидрид. Использование хирального спирта (R) - (+) -сек-о-бромофен-этиловый спирт дал 82% ее (процент энантиомерный избыток ) в восстановлении 2-хлорацетофенона.[7] Этот энантиоселектив обусловлен стерическими особенностями двух фенольных групп в шестичленном переходном состоянии, как показано на рисунке 3. На рисунке 3 предпочтение отдается 1 перед 2 из-за большого стерический эффект в 2 из двух фенил группы.

Восстановление Меервейна – Понндорфа – Верлея хиральным спиртом
Рисунок 3, Переходные состояния восстановления MPV хиральным спиртом

Использование внутримолекулярного восстановления MPV может дать хорошую энантиочистоту.[8] Привязав кетон к источнику гидрида, возможно только одно переходное состояние (рис. 4), ведущее к асимметричному восстановлению. Однако у этого метода есть возможность обратного Окисление 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.

Внутримолекулярное восстановление Меервейна – Понндорфа – Верлея.
Рисунок 4, Переходное состояние внутримолекулярного восстановления MPV.

Хиральный лиганды на алкоксид алюминия может влиять на стереохимический результат восстановления MPV. Этот метод приводит к снижению замещенных ацетофеноны в до 83% ee [9](Рисунок 5). Привлекательность этого метода заключается в том, что в нем используется хиральный лиганд, а не стехиометрический источник хиральности. Недавно было показано, что низкая селективность этого метода связана с формой переходного состояния. Было показано, что переходное состояние представляет собой планарное шестичленное переходное состояние. Это отличается от предполагаемого Модель Циммермана-Тракслера как переходное состояние.[5]

Восстановление Меервейна – Понндорфа – Верлея с хиральным лигандом
Фиг.5, реакция MPV с хиральным лигандом.

Объем

Некоторые проблемы ограничивают использование восстановления Меервейна – Понндорфа – Верлея по сравнению с использованием других восстановителей. Стереохимический контроль серьезно ограничен. Часто при использовании коммерческого реагента требуется большое количество алкоксида алюминия, и существует несколько известных побочных реакций.

Хотя коммерческий изопропоксид алюминия доступен, его использование часто требует загрузки катализатора до 100-200 мол.%. Это препятствует использованию уменьшения масштаба MPV. Недавние исследования показали, что алкоксиды алюминия, полученные на месте из триметилалюминий реагенты имеют гораздо лучшую активность, требуя всего лишь 10% загрузки. Считается, что разница в активности связана с большим агрегатным состоянием коммерчески доступного продукта.[10]

Известно несколько побочных реакций. В случае кетонов и особенно альдегидов альдольные конденсации наблюдались. Альдегиды без α-водородов могут подвергаться Тищенко реакция.[6] Наконец, в некоторых случаях спирт, образующийся при восстановлении, может быть обезвожен, что алкил углерод.

Вариации

Восстановление Меервейна – Понндорфа – Верлея недавно было использовано в синтезе хиральных амины из кетимины с использованием хирального алкоксида. Добавление фосфиноильной группы к азоту кетимина позволило получить высокую энантиоселективность до 98% ее.[11]

Проделана работа по использованию лантаноиды и переходные металлы для редукции Меервейна – Понндорфа – Верли. Обе Рутений и Самарий показали высокие выходы и высокую стереоселективность восстановления карбонилов до спиртов.[12][13] Однако было показано, что рутениевый катализатор проходит через промежуточное соединение - гидрид рутения. Восстановление Меервейна-Понндорфа-Верли также было осуществлено с синтетически полезным выходом изопропоксида плутония (III).[14]

Стандартное восстановление MPV представляет собой гомогенную реакцию. Было разработано несколько гетерогенных реакций.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уайлдс, А. (1944). «Восстановление с помощью алкоксидов алюминия (восстановление Меервейна-Понндорфа-Верли)». Орг. Реагировать. 2 (5): 178–223. Дои:10.1002 / 0471264180.or002.05.
  2. ^ Меервейн, Ганс; Шмидт, Рудольф (1925). "Ein neues Verfahren zur Reduktion von Aldehyden und Ketonen". Юстус Либигс Аннален дер Хеми. 444 (1): 221–238. Дои:10.1002 / jlac.19254440112.
  3. ^ Верлей, А. (1925). «Обмен функциональными группами между двумя молекулами. Обмен спиртовыми и альдегидными группами». Бык. Soc. Чим. Пт. 37: 537–542.
  4. ^ Вольфганг Понндорф (1926). "Der reversible Austausch der Oxydationsstufen zwischen Aldehyden oder Ketonen einerseits und primären oder sekundären Alkoholen anderseits". Angewandte Chemie. 39 (5): 138–143. Дои:10.1002 / ange.19260390504.
  5. ^ а б Р. Коэн; К. Р. Грейвс; С. Т. Нгуен, Дж. М. Л. Мартин и М. А. Ратнер (2004). "Механизм катализируемого алюминием восстановления карбонилов до спиртов по Меервейну-Шмидту-Понндорфу-Верли". Журнал Американского химического общества. 126 (45): 14796–14803. Дои:10.1021 / ja047613m. PMID  15535705.
  6. ^ а б De Graauw, C.F .; Peters, J. A .; Ван Беккум, Х.; Хускенс, Дж. (1994). "Восстановление Меервейна-Понндорфа-Верлея и окисления Оппенауэра: комплексный подход". Синтез. 1994 (10): 1007. Дои:10.1055 / с-1994-25625.
  7. ^ Т. Оои; Т. Миура; К. Марука (1998). «Высокоэффективное каталитическое восстановление Меервейна – Понндорфа – Верлера с новым бидентатным алюминиевым катализатором». Энгью. Chem. Int. Эд. 37 (17): 2347–2349. Дои:10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19980918) 37:17 <2347 :: AID-ANIE2347> 3.0.CO; 2-U.
  8. ^ М. Фудзита; Ю. Такарада; Т. Сугимура, А. Тай (1997). «Надежный хиральный перенос через термодинамическое равновесие внутримолекулярного восстановления Меервейна – Понндорфа – Верлея и окисления Оппенауэра». Химические коммуникации (17): 1631–1632. Дои:10.1039 / A704341D.
  9. ^ Э. Дж. Кэмпбелл; Х. Чжоу; С. Т. Нгуен (2002). "Асимметричное восстановление Меервейна-Шмидта-Понндорфа-Верли прохиральных кетонов с помощью яPrOH, катализируемый Al-катализаторами ». Энгью. Chem. Int. Эд. 41 (6): 1020–1022. Дои:10.1002 / 1521-3773 (20020315) 41: 6 <1020 :: AID-ANIE1020> 3.0.CO; 2-S.
  10. ^ Э. Дж. Кэмпбелл; Х. Чжоу; С. Т. Нгуен (2001). "Каталитическое восстановление Меервейна-Пондорфа-Верлея простыми комплексами алюминия". Органические буквы. 3 (15): 2391–2393. Дои:10.1021 / ol0162116. PMID  11463324.
  11. ^ К. Р. Грейвс; К. А. Шайдт; С. Т. Нгуен (2006). «Энантиоселективное восстановление кетиминов MSPV с использованием 2-пропанола и (BINOL) AlIII". Органические буквы. 8 (6): 1229–1232. Дои:10.1021 / ol060110w. PMID  16524310.
  12. ^ Д. А. Эванс; С. Г. Нельсон; М. Р. Ганье; А. Р. Мучи (1993). "Хиральный катализатор на основе самария для асимметричного восстановления Меервейна-Понндорфа-Верли". Журнал Американского химического общества. 115 (21): 9800–9801. Дои:10.1021 / ja00074a057.
  13. ^ К. Хаак; С. Хасигучи; А. Фуджи; Т. Икария; Р. Нойори (1997). «Предшественник катализатора, катализатор и промежуточное соединение в ассиметричном переносе водорода, стимулированном RuII, между спиртами и кетонами». Энгью. Chem. Int. Эд. Англ.. 36 (3): 285–288. Дои:10.1002 / anie.199702851.
  14. ^ Бенджамин П. Уорнер, Джозеф А. Д’Алессио, Артур Н. Морган III; д'Алессио; Морган; Ожоги; Шаке; Уоткин (2000). «Катализируемые плутонием (III) реакции Меервейна – Понндорфа – Верлея». Неорганика Chimica Acta. 309 (1–2): 45–48. Дои:10.1016 / S0020-1693 (00) 00227-9.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  15. ^ Г.К. Чуах; С. Янике; Ю.З. Чжу; S.H. Лю (2006). «Восстановление Меервейна – Понндорфа – Верли на гетерогенных катализаторах». Современная органическая химия. 10 (13): 1639–1654. Дои:10.2174/138527206778249621.