Oxidation med krom(VI)-komplex

Oxidation med krom(VI)-komplex innebär omvandling av alkoholer till karbonylföreningar eller mer starkt oxiderade produkter genom inverkan av molekylära krom(VI)-oxider och -salter. De huvudsakliga reagensen är Collins reagens, PDC och PCC. Dessa reagens representerar förbättringar jämfört med oorganiska krom(VI)-reagenser såsom Jones-reagens .

Inventering av Cr(VI)-pyridin och pyridiniumreagens

Cr(VI)-pyridin- och pyridiniumreagens har fördelen att de är lösliga i organiska lösningsmedel liksom alkoholsubstraten. En familj av reagenser använder komplexet CrO3 ( pyridin) 2 .

  • Saretts reagens : en lösning av CrO 3 (pyridin) 2 i pyridin. Det var populärt för selektiv oxidation av primära och sekundära alkoholer till karbonylföreningar.
  • Collins reagens är en lösning av samma CrO 3 (pyridin) 2 men i diklormetan. Ratcliffe-varianten av Collins reagens hänför sig till detaljer i framställningen av denna lösning, dvs tillsatsen av kromtrioxid till en lösning av pyridin i metylenklorid.

Den andra familjen av reagens är salter med pyridiniumkatjonen ( C5H5NH + ) .

Dessa salter är mindre reaktiva, lättare att hantera och mer selektiva än Collins reagens vid oxidationer av alkoholer. Dessa reagens, såväl som andra, mer exotiska addukter av kväveheterocykler med krom(VI), underlättar ett antal oxidativa omvandlingar av organiska föreningar, inklusive cyklisering för att bilda tetrahydrofuranderivat och allylisk transposition för att ge enoner från allylalkoholer .

Praktiska överväganden

Oxidation med krom(VI) har två primära begränsningar. Operativt leder de tjärhaltiga biprodukterna till sänkta skördar. Dessutom reagerar vissa sådana reagens (särskilt PCC) med syralabil funktionalitet. Sålunda har dessa medel använts vid oxidationer av relativt enkla substrat, ofta i överskott för att ta hänsyn till reagensfångning och sönderdelning. Användningen av adsorbenter såsom Celite eller silikagel underlättar avlägsnandet av krombiprodukter och eliminerar många av de driftssvårigheter som är förknippade med krommedierade oxidationer.

(1)

ChroGen.png

Mekanism och stereokemi

Kromatestrar är inblandade i dessa reaktioner. Kromatestern sönderdelas till aldehyden eller karbonylen genom överföring av en alfa-proton. Stora kinetiska isotopeffekter observeras.

(2)

ChroMech1.png

Oxidativ annullering av alkenoler för att bilda sexledade ringar kan åstadkommas med PCC. Denna process antas ske via initial oxidation av alkoholen, angrepp av alkenen på den nya karbonylen, sedan återoxidation till en keton. Dubbelbindningsisomerisering kan ske vid behandling med bas som visas i ekvation (3) nedan.

(3)

ChromeScopeCyc.png

En viktig process som förmedlas av krom(VI)-aminer är den oxidativa omvandlingen av tertiära allylalkoholer för att ge enoner. Mekanismen för denna process beror sannolikt på surheten hos kromreagenset. Sura reagenser som PCC kan orsaka jonisering och rekombination av kromatestern (väg A), medan de grundläggande reagensen (Collins) sannolikt genomgår direkt allylisk transponering via sigmatropisk omarrangering (väg B).

(4)

ChroMech2.png

Oxidativa cykliseringar av olefiniska alkoholer till cykliska etrar kan ske via [3+2], [2+2] eller epoxidationsmekanismer . Insikter i mekanismen tillhandahålls av strukturreaktivitet, vilket innebär direkt epoxidation av kromatestern. Efterföljande epoxidöppning och frisättning av krom leder till de observerade produkterna.

(5)

ChroMech3.png

Omfattning och begränsningar

Buffertmedel kan användas för att förhindra syralabila skyddsgrupper från att avlägsnas under krom(VI)-aminoxidationer. Emellertid kommer buffertar också att bromsa oxidativa cykliseringar, vilket leder till selektiv oxidation av alkoholer över någon annan typ av oxidativ omvandling. Citronellol, till exempel, som cykliserar till pugelloler i närvaro av PCC, genomgår inte cyklisering när buffertar används.

(6)

ChroScope1.png

Oxidativ cyklisering kan användas för att framställa substituerade tetrahydrofuraner. Cyklisering av dienoler leder till bildandet av två tetrahydrofuranringar på ett synsätt .

(7)

ChroScope2.png

Enoner kan syntetiseras från tertiära allylalkoholer genom verkan av en mängd olika krom(VI)-aminreagens, i en reaktion som kallas Babler-oxidationen . Reaktionen drivs av bildandet av en mer substituerad dubbelbindning. ( E )-enoner bildas i större mängder än ( Z )-isomerer på grund av krommedierad geometrisk isomerisering.

(8)

ChroScope3.png

Lämpligt substituerade olefiniska alkoholer genomgår oxidativ cyklisering för att ge tetrahydrofuraner. Ytterligare oxidation av dessa föreningar för att ge tetrahydropyranylkarbonylföreningar sker sedan.

(9)

ChroScope4.png

Utöver de begränsningar som beskrivs ovan är krom(VI)-reagens ofta misslyckade vid oxidation av substrat som innehåller heteroatomer (särskilt kväve). Koordinering av heteroatomerna till krom (med förskjutningar av aminliganden som ursprungligen var fäst vid metallen) leder till deaktivering och eventuell nedbrytning av oxidationsmedlet.

Jämförelse med andra metoder

Metoder som använder dimetylsulfoxid ( Swern- och Moffatt-oxidationerna ) är överlägsna krom(VI)-aminer för oxidationer av substrat med heteroatomfunktionalitet som kan koordinera till krom. Dess-Martin periodinane (DMP) erbjuder fördelarna med enkelhet i drift, brist på biprodukter av tungmetaller och selektiv oxidation av komplexa syntetiska mellanprodukter i sent skede. Dessutom kan både DMP och mangandioxid ( MnO2 ) användas för att oxidera allylalkoholer till motsvarande enoner utan allylisk transposition. När allyltranspositioner önskas är krom(VI)-aminreagenser oöverträffade.

Katalytiska metoder som använder billiga, rena terminala oxidanter i kombination med katalytiska mängder kromreagens producerar endast små mängder metallbiprodukter. Emellertid kan oönskade sidoreaktioner förmedlade av stökiometriska mängder av den terminala oxidanten inträffa.

Historiska referenser

  • Poos, GI; Arth, GE; Beyler, RE; Sarrett, LH J. Am. Chem. Soc. 1953 , 75 , 422.
  • Ronald Ratcliffe och Ronald Rodehorst (1970). "Förbättrad procedur för oxidationer med kromtrioxid-pyridinkomplexet". J. Org. Chem. 35 (11): 4000–4001. doi : 10.1021/jo00836a108 .