Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы восстановления в органическом синтезе. Учебно-методическое пособие
.pdf
Для получения продуктов моноалкилирования аминную компоненту,
C
O
R
R
1
+
H
C
O
N
R
2 R 3
-
C
O
2
C H N R R
1
R
2 R 3
+
R 2 N H C
H 2 O + H C O O H
100
o
C
R 2 N C H
3
как правило, берут в избытке.
Из алифатических альдегидов хорошо поддаются каталитическому
восстановительному аминированию только соединения, содержащие
более пяти углеродных атомов, в то время как низшие альдегиды легко образуют в ходе реакции продукты конденсации (типа альдолей).
Гладко идет реакция в случае алифатических и ароматических кетонов и ароматических альдегидов.
Восстановительное аминирование альдегидов или кетонов можно
проводить также действием формиата аммония или формамидов (ре-
акция Лейкарта-Валлаха):
Реакцию проводят при 50-200оС в муравьиной или уксусной кис-
лоте, или без растворителя. Выходы конечных продуктов 70-75%.
Лучше всего по Лейкарту-Валлаху получаются третичные амины. При
получении первичных или вторичных аминов в качестве побочных
продуктов всегда образуются высокоалкилированные амины.
Модификация реакции Лейкарта-Валлаха - получение Nметилированных аминов при взаимодействии первичных или вторичных аминов с формальдегидом и муравьиной кислотой (реакция
Эшвейлера - Кларка).
Восстановление комплексными гидридами металлов
Комплексные гидриды металлов чаще других реагентов используют в лабораторной практике для восстановления альдегидов и кетонов.
42
Алюмогидрид лития и боргидрид натрия восстанавливают алифатиче-
CH
3
O
H
LiAlH
4
CH
3
CH
2
OH
эфир
CH
3
O
CH
3
LiAlH
4
CH
3
OH
CH
3
эфир
O
H
LiAlH
4
эфир
H2O
OH
...
C R R O A l H
4
-
C
R R O
H - H 2 O
C R R O H
H
ские альдегиды и кетоны соответственно до первичных и вторичных
спиртов:
При восстановлении алюмогидридом лития комплексный ион
AlH
выступает в роли переносчика гидрид-иона, который и является
4
нуклеофильным агентом по отношению к атому углерода карбонильной группы:
Восстановление ,-непредельных альдегидов и кетонов алюмогидридом лития или боргидридом натрия в зависимости от строения
субстрата, природы реагента и условий реакции может проходить либо
по карбонильной группе, либо с восстановлением одновременно карбонильной группы и двойной связи. Как правило, эти реагенты восстанавливают преимущественно карбонильную группу, не затрагивая
-
при этом двойную связь:
кротоновый альдегид кротиловый спирт
43
В некоторых случаях применение этих восстановителей приводит
O OH
OH
+
NaBH
4
EtOH
LiAlH
4
эфир
O
H
OH
O
H OH
(O-t-Bu)
LiAl
3
H
к смеси двух продуктов.
2-циклогексенон 2-циклогексенол циклогексанол
59% 41%
В случае, когда двойная связь сопряжена с ароматическим коль-
цом, восстановление алюмогидридом лития может идти и по двойной
связи, и по карбонильной группе:
коричный альдегид гидрокоричный спирт
Алкоксигидриды алюминия являются более предпочтительными
реагентами для восстановления непредельных альдегидов и кетонов
до соответствующих непредельных спиртов. Например, трис(трет-
бутокси)алюмогидрид лития (LTBA) восстанавливает карбонильную
группу α,β-непредельных альдегидов, не затрагивая двойной связи.
коричный альдегид коричный спирт
LTBA, взятый в эквивалентном количестве, способен восстановить альде-
гидную группу, не затрагивая кетонную:
44
(O-t-Bu)
LiAl
3
H
H
O
O
OH
O
O
Na
+
EtOH
OH
65%
R R '
O
+
N
a . R
R ' O
.
-
-
.
R R ' O N
a + E t O
H
-NaOEt
-
N
a
.
N a +
R
C
H
R
'
O - -
R
C H R ' O R C H R ' O
H
H 3 O
+
Восстановление растворяющимися металлами
До введения в лабораторную практику таких восстановителей как
комплексные гидриды металлов кетоны превращали в соответствующие спирты действием натрия в этаноле:
Механизм восстановления растворяющимися металлами заключается в переносе электрона от металла на органический субстрат и может быть представлен схемой:
Подобные реакции включают в себя два последовательных переноса электрона и два переноса протона.
45
Восстановление по Клемменсену
R CHXCOR'
Zn/Hg
HCl,
R CH2COR'
R CH2CH2R'
X=Cl, Br, I, OH, OR", OCOR"
O
COOH
Zn/Hg,
HCl, толуол
COOH
O R 2 Z n
/Hg,
4HCl
C
H 2 R
+ 2
Z n C
l
2
+
H 2 O
При действии на альдегиды и кетоны амальгамированного цинка в
соляной кислоте, происходит их восстановление до углеводородов
(метод Клемменсена):
Цинковую пыль предварительно обрабатывают разбавленной соляной кислотой для очистки поверхности, а затем раствором хлорида
ртути HgCl2. Наилучшие результаты получают при проведении реакции в двухфазной системе «соляная кислота – толуол». Многие α-
замещенные кетоны в условиях реакции Клемменсена претерпевают
восстановительное отщепление заместителя:
В случае α, β – непредельных карбонильных соединений одновременно происходит восстановление связи С=С, например:
становлении многих альдегидов и алифатических и жирноароматических кетонов.
Метод Клемменсена даѐт хорошие выходы углеводородов при вос-
46
Восстановление по Кижнеру-Вольфу
R
O
R
1
N2H
4
ДЭГ,
R
N
R
1
NH
2
KOH, H2O
R
CH
2
R
1
+
N
2
R
O
R
1
N2H
4
-H2O
R
N
R
1
NH
2
OH
-
R
N
R
1
NH
-
R
C-N
R
1
NH
OH
2
R
N
R
1
NH
H
OH
-
R
N
R
1
N
-
H
-N
2
R
C
-
R
1
H
OH
2
R
R
1
H
H
В том случае, когда альдегиды и кетоны неустойчивы в кислой
среде, то восстановление проводят по методу Кижнера – Вольфа.
Вначале получают гидразон альдегида или кетона, а затем нагревают
его со щелочью в высококипящем растворителе.
В современной модификации восстановления по Кижнеру – Вольфу гидразон не выделяют в индивидуальном состоянии. Реакция идет
по следующей схеме:
Метод применим как к альдегидам, так и кетонам. Однако в случае
альдегидов выходы продуктов реакции не всегда оказываются удовлетворительными. Метод Кижнера-Вольфа имеет ряд ограничений. Если
в α-положении к карбонильной группе находится заместитель, то в
процессе реакции происходит элиминирование заместителя. Если кар-
47
бонильная группа экранирована очень объемными заместителями –
восстановление по Кижнеру-Вольфу не пойдет.
Восстановление в присутствии алкоголятов металлов
CH
3
H
O
CH
3 OH
+
CH
3
O
CH
3
((CH3)2CHO)3Al
i
-PrOH
3
C O R
R
1
+
H 3 C
C
H 3 O H ( C H 3 )
C H O ) A
l 2 (
R
R 1 C H O
H
+
H 3 C
C
H
3
O
Восстановление альдегидов и кетонов до спиртов можно проводить в присутствии алкоголятов алюминия (реакция Меервейна – Пон-
ндорфа – Верлея):
Реакцию обычно проводят нагреванием карбонильного соедине-
ния с изопропилатом алюминия в безводном изопропаноле. Реакция
обратима, поэтому для достижения высоких выходов необходимо выводить из сферы реакции образующийся ацетон.
Реакция Меервейна – Понндорфа – Верлея характеризуется высокой степенью специфичности и при восстановлении остаются незатронутыми двойные и тройные углерод-углеродные связи. Нитрогруппа и
атомы галогенов в этих условиях также не восстанавливаются. Например, восстановление кротонового альдегида протекает с сохранением
двойной С=С связи:
кротоновый альдегид кротиловый спирт
Двойную углерод – углеродную связь в ненасыщенных альдегидах
и кетонах при необходимости можно восстанавливать действием
амальгамы натрия в водно-спиртовом растворе или цинком в уксусной
кислоте.
48
Реакция Канниццаро
С
O
H
+
С
O
H
HO
-
С
O
H
С
O
H
OH
+
-
+
-
С
O
H
H
A
С
O
OH
С
O
O
С
OH
H
H
-
+
Б
HO
-
C O H R 2
C O O H R
+ C H
2
O
H
R
Ароматические и неспособные к енолизации алифатические альдегиды под действием основных катализаторов (гидроксидов щелочных
и щелочноземельных металлов) диспропорционируют с образованием
карбоновых кислот и спиртов (реакция Канниццаро). В реакции участвует две молекулы альдегида: одна из них окисляется, другая – восстанавливается.
У енолизирующихся альдегидов скорость альдольной реакции гораздо больше, чем скорость реакции Канниццаро, поэтому практически протекает только первая из этих реакций.
Считается, что реакция протекает следующим образом:
1) На первой стадии происходит нуклеофильное присоединение
гидроксид-иона к карбонильному атому углерода.
2) Далее следует перенос гидрид-иона с образовавшегося алкок-
сид-иона на карбонильный атом другой молекулы альдегида.
3) На третьей стадии происходит перенос протона от кислоты на
алкоксид-ион. Образующиеся молекула кислоты и ион алкоголята А
49
переходят в результате обмена протоном в более устойчивую пару:
O
H
+
O
H
H
OH
-
CH
2
OH
O
OH
H
+
O
Zn + TiCl
4
пиридин
молекулу спирта и анион кислоты Б.
Если реакцию Канниццаро проводить со смесью альдегида и фор-
мальдегида, то последний всегда выступает в роли донора гидрид-иона
и окисляется при этом до муравьиной кислоты (перекрѐстная реакция
Канниццаро):
Это объясняется тем, что формальдегид легче присоединяет гид-
роксид-ион, чем другие альдегиды, у которых снижена электрофильность карбонильного атома углерода.
Восстановительное сочетание по Мак-Мурри
Специфическим методом восстановления карбонильных соединений является образование алкенов при действии на альдегиды и кетоны соединениями титана в низших степенях окисления. Этот метод называется - восстановительное
сочетание по Мак-Мурри. При действии на альдегиды и кетоны реагентом, который получают восстановлением солей титана (III или IV) металлическим цинком в пиридине, происходит их сдваивание, например:
90%
50
Восстановление хинонов
O H O
H O O
+
2H
+
2
e
-
_
2
e
_
(
)
Хиноны по своей природе относятся к сопряжѐнным циклическим
дикетонам. Они обладают высоким окислительным потенциалом и
очень легко восстанавливаются различными реагентами до дигидроксиароматических соединений. Наибольшее практическое значение
имеют бензохиноны, нафтохиноны, антрахиноны. Переход бензохинонов в двухатомные фенолы приводит к выигрышу энергии, так как
имеет место превращение циклической диеновой структуры в ароматическую:
1,4-бензохинон гидрохинон
Для восстановления хинонов в лабораторной практике применяют
йодистый водород, сульфит натрия, дитионит натрия, цинк в ледяной
уксусной кислоте, хлорид титана (III) и многие другие восстановители.
6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ
Карбоновые кислоты
Восстановление карбоксильной группы возможно до спиртов и уг-
леводородов. Поскольку альдегиды восстанавливаются намного быстрее кислот, они в конечных продуктах реакции отсутствуют.
Во многих случаях восстановление карбоновых кислот идет с тру-
дом. Поэтому их рекомендуется превращать в сложные эфиры или
51
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]