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Oxidación de Pinnick-Lindgren

La oxidación de Pinnick-Lindgren (a veces denominada oxidación de Pinnick , oxidación de Lindgren o similar) es una reacción orgánica mediante la cual los aldehídos se pueden ox...

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La oxidación de Pinnick-Lindgren (a veces denominada oxidación de Pinnick , oxidación de Lindgren o similar) es una reacción orgánica mediante la cual los aldehídos se pueden oxidar a sus correspondientes ácidos carboxílicos utilizando clorito de sodio (NaClO₂ ) en condiciones ligeramente ácidas . Fue desarrollada originalmente por Bengt O. Lindgren y Nilsson. [ 1 ] Las condiciones de reacción típicas utilizadas hoy en día fueron desarrolladas por G. A. Kraus. [ 2 ] [ 3 ] Posteriormente, H. W. Pinnick demostró que estas condiciones podían aplicarse para oxidar aldehídos α,β-insaturados. [ 4 ] Existen muchas reacciones diferentes para oxidar aldehídos, pero solo unas pocas son adecuadas para una amplia gama de grupos funcionales . La oxidación de Pinnick ha demostrado ser tolerante a funcionalidades sensibles y capaz de reaccionar con grupos estéricamente impedidos . Esta reacción es especialmente útil para oxidar aldehídos α,β-insaturados, y otra de sus ventajas es su coste relativamente bajo. [ 4 ] [ 5 ]

Generic alpha,beta-unsaturated aldehyde. Reagents include sodium chlorite, monosodium phosphate, and 2-methylbut-2-ene. Solvent is tert-butyl alcohol. Product drawn is alpha,beta-unsaturated carboxylic acid.
Esquema general de reacción para la oxidación de Pinnick

La oxidación se lleva a cabo en agua que contiene mezclas de disolventes en condiciones ligeramente ácidas (pH 3-5 ) con clorito de sodio como oxidante. Para evitar reacciones de oxidación complicadas, el hipoclorito , que se forma en la reacción, debe eliminarse de la mezcla de reacción mediante agentes secuestrantes. En la publicación original, se utilizaron ácido sulfámico y resorcinol . [ 1 ] George A. Kraus y colaboradores fueron los primeros en utilizar 2-metil-2-buteno como agente secuestrante en condiciones tamponadas para la oxidación de un aldehído alifático y un aldehído α,β-insaturado. [ 6 ] [ 7 ] Posteriormente, el peróxido de hidrógeno también demostró ser eficaz para eliminar el hipoclorito. [ 8 ]

Mecanismo

El mecanismo de reacción propuesto implica al ácido cloroso como oxidante activo, el cual se forma en condiciones ácidas a partir del clorito.

ClO 2 − + H 2 PO 4 − ⇌ HClO 2 + HPO 4 2−

Primero, el ácido cloroso se adiciona al aldehído. Luego, la estructura resultante sufre una fragmentación pericíclica en la que el hidrógeno del aldehído se transfiere a un oxígeno del cloro, liberándose el grupo cloro como ácido hipocloroso (HOCl). [ 9 ]

Oxygen of generic aldehyde is protonated with chlorous acid as proton source. Oxygen of chlorite, the conjugate base of chlorous acid, performs nucleophilic attack on carbonyl carbon of the protonated aldehyde. The resulting tetrahedral intermediate is drawn in brackets. Curved arrows depict a pericyclic fragmentation in which the O-Cl pi bond, C-H sigma bond, and O-Cl sigma bond breaks to form an O-H sigma bond and C-O pi bond. The products depicted are hypochlorous acid (as a side product) and a generic carboxylic acid.
Mecanismo de flecha curva para la oxidación de Pinnick genérica.

Reacciones secundarias y agentes depuradores

El subproducto HOCl, que en sí mismo es un agente oxidante reactivo, puede ser problemático de varias maneras. [ 9 ] Puede destruir el reactivo NaClO 2 :

HOCl + 2ClO 2 − → 2ClO 2 + Cl − + OH −

lo que lo hace indisponible para la reacción deseada. También puede provocar otras reacciones secundarias indeseadas con los materiales orgánicos. Por ejemplo, el HOCl puede reaccionar con los enlaces dobles del reactivo o producto orgánico mediante una reacción de formación de halohidrina .

Para evitar la interferencia del HOCl, se suele añadir un agente secuestrante a la reacción para consumirlo a medida que se forma. Por ejemplo, se puede aprovechar la tendencia del HOCl a experimentar esta reacción de adición añadiendo a la mezcla de reacción un compuesto químico que contenga un alqueno como agente de sacrificio. Este sustrato alternativo reacciona con el HOCl, impidiendo que este último experimente reacciones que interfieran con la reacción de Pinnick. El 2-metil-2-buteno se utiliza frecuentemente en este contexto.

Los materiales de partida representados son 2-metilbut-2-eno y ácido hipocloroso. El producto representado después de la flecha de reacción es 3-cloro-2-metilbutan-2-ol.

El resorcinol y el ácido sulfámico también son reactivos captadores comunes. [ 9 ] [ 10 ]

El peróxido de hidrógeno ( H₂O₂ ) puede utilizarse como eliminador de HOCl cuyos subproductos no interfieren en la reacción de oxidación de Pinnick :

HOCl + H₂O₂ → HCl + O₂ + H₂O

En condiciones ligeramente ácidas , una solución de H₂O₂ bastante concentrada (35%) experimenta una rápida reacción de oxidación sin reacción de reducción competitiva de HClO₂ para formar HOCl.

HClO 2 + H 2 O 2 → HOCl + O 2 + H 2 O

El dióxido de cloro reacciona rápidamente con H₂O₂ para formar ácido cloroso .

2ClO₂ + H₂O₂ → 2HClO₂ + O₂​​​

La formación de oxígeno también proporciona una buena indicación del progreso de la reacción. Sin embargo, a veces surgen problemas debido a la formación de oxígeno singlete en esta reacción, que puede oxidar materiales orgánicos (es decir, la reacción de Schenck-eno ) . Se ha utilizado DMSO en lugar de H₂O₂ para oxidar reacciones que no producen grandes rendimientos utilizando solo H₂O₂ . La mayoría de los aldehídos ricos en electrones entran en esta categoría. [ 10 ] (Véase Limitación más abajo)

Además, se han preparado y utilizado reactivos soportados en sólidos, como gel de sílice tamponado con fosfato soportado en permanganato de potasio y clorito soportado en polímero, para convertir aldehídos en ácidos carboxílicos sin necesidad de realizar procedimientos de purificación convencionales. La reacción implica que el producto quede atrapado en el gel de sílice como sus sales de potasio. Por lo tanto, este procedimiento facilita la eliminación de impurezas neutras mediante lavado con disolventes orgánicos . [ 11 ]

Alcance y limitaciones

La reacción es muy adecuada para sustratos con muchas funcionalidades de grupo. Los aldehídos α,β- insaturados β-aril-sustituidos funcionan bien con las condiciones de reacción. Los enlaces triples directamente unidos a grupos aldehído o en conjugación con otros enlaces dobles también pueden someterse a la reacción. [ 10 ] [ 12 ] Los hidróxidos , epóxidos , éteres bencílicos , haluros incluidos yoduros e incluso estananos son bastante estables en la reacción. [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Los ejemplos de las reacciones que se muestran a continuación también muestran que los estereocentros de los carbonos α permanecen intactos mientras que los enlaces dobles, especialmente los enlaces dobles trisustituidos, no experimentan isomerización E / Z en la reacción.

Alcance

Se obtienen rendimientos más bajos en reacciones que involucran aldehídos alifáticos α,β-insaturados y aldehídos más hidrófilos. Los enlaces dobles y los sustratos de aldehído ricos en electrones pueden dar lugar a la cloración como reacción alternativa. El uso de DMSO en estos casos proporciona un mejor rendimiento. Las aminas aromáticas y los pirroles sin protección tampoco son adecuados para estas reacciones. En particular, los α-aminoaldehídos quirales no reaccionan bien debido a la epimerización y a que los grupos amino pueden transformarse fácilmente en sus correspondientes N -óxidos. Los métodos estándar de grupos protectores , como el uso de t -BOC , son una solución viable a estos problemas. [ 15 ]

Los tioéteres también son altamente susceptibles a la oxidación. Por ejemplo, la oxidación de Pinnick del tioanisaldehído produce un alto rendimiento de productos de ácido carboxílico, pero con la conversión concomitante del tioéter en sulfóxido o sulfona . [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Lindgren , Bengt O.; Nilsson, Torsten; Adiós, Steinar; Mikalsen, ØYvind; Leandro, Kurt; Swahn, Carl-Gunnar (1973). "Preparación de ácidos carboxílicos a partir de aldehídos (incluidos los benzaldehídos hidroxilados) mediante oxidación con clorito" . Acta Química. Escanear. 27 : 888–890 . doi : 10.3891/acta.chem.scand.27-0888 .
  2. ↑ George A. Kraus; Bruce Roth (1980). "Estudios sintéticos hacia el verrucarol. 2. Síntesis del sistema de anillos AB" . J. Org. Chem. 45 (24): 4825– 4830. doi : 10.1021/jo01312a004 .
  3. ↑ George A. Kraus; Michael J. Taschner (1980). "Estudios modelo para la síntesis de cuasinoides. 1. Construcción del sistema de anillos BCE" . J. Org. Chem. 45 (6): 1175–1176 . doi : 10.1021/jo01294a058 .
  4. 1 2 Bal, BS; Childers, WE; Pinnick, HW (1981). "Oxidación de aldehídos α,β-insaturados". Tetrahedron . 37 (11): 2091– 2096. doi : 10.1016/S0040-4020(01)97963-3 .
  5. ↑Mundy, B. J.; Ellerd, Michael G.; Favaloro, Frank G. (2005). "Pinnick Oxidation". Name Reactions and Reagents in Organic Synthesis (2 ed.). John Wiley & Sons. pp. 518–519. doi:10.1002/9780471739876. ISBN 978-0-471-22854-7.
  6. ↑George A. Kraus; Bruce Roth (1980). "Synthetic studies toward verrucarol. 2. Synthesis of the AB ring system". The Journal of Organic Chemistry. 45 (24): 4825–4830. doi:10.1021/jo01312a004.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  7. ↑George A. Kraus; Michael J. Taschner (1980). "Model studies for the synthesis of quassinoids. 1. Construction of the BCE ring system". The Journal of Organic Chemistry. 45 (6): 1175–1176. doi:10.1021/jo01294a058.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  8. ↑Enrico Dalcanale; Fernando Montanari (1986). "Selective oxidation of aldehydes to carboxylic acids with sodium chlorite-hydrogen peroxide". The Journal of Organic Chemistry. 51 (4): 567–569. doi:10.1021/jo00354a037.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  9. 123Kürti, László; Czakó, Barbara (2005). "Pinnick Oxidation". Strategic applications of named reactions in organic synthesis: background and detailed mechanisms. Elsevier. pp. 354–356. ISBN 9780124297852.
  10. 12345Dalcanale, E; Montanari, F (1986). "Selective Oxidation of Aldehydes to Carboxylic Acids with Sodium Chlorite-Hydrogen Peroxide". J. Org. Chem.51 (4): 567–569. doi:10.1021/jo00354a037.
  11. ↑Takemoto, T.; Yasuda, K.; Ley, S.V. (2001). "Solid-Supported Reagents for the Oxidation of Aldehydes to Carboxylic Acids". Synlett. 2001 (10): 1555–1556. doi:10.1055/s-2001-17448.
  12. 12Raach, A.; Reiser, O. (2000). "Sodium Chlorite-Hydrogen Peroxide, a Mild and Selective Reagent for the Oxidation of Aldehydes to Carboxylic Acids". J. Prakt. Chem.342 (6): 605–608. doi:10.1002/1521-3897(200006)342:6<605::aid-prac605>3.0.co;2-i.
  13. ↑Ishihara, J.; Hagihara, K.; Chiba, H.; Ito, K.; Yanagisawa, Y.; Totani, K; Tadano, K. (2000). "Synthetic studies of viridenomycin. Construction of the cyclopentene carboxylic acid part". Tetrahedron Lett.41 (11): 1771–1774. doi:10.1016/S0040-4039(00)00013-7.
  14. ↑Kuramochi, K.; Nagata, S.; Itaya, H.; Takao, H.; Kobayashi, S. (1999). "Convergent Total Synthesis of epolactaene: application of bridgehead oxiranyl anion strategy". Tetrahedron Lett.40 (41): 7371–7374. doi:10.1016/S0040-4039(99)01512-9.
  15. ↑Dehoux, C.; Fontaine, E.; Escudier, J.; Baltas, M.; Gorrichon, L. (1998). "Total Synthesis of Thymidine 2-Deoxypolyoxine C Analogue". J. Org. Chem.63 (8): 2601–2608. doi:10.1021/jo972116s. PMID 11672125.