Oxidación de aldehídos y cetonas

W. Rivera M
2011
UATF
Oxidación de Aldehídos y Cetonas
Los aldehídos son oxidados fácilmente a ácidos carboxílicos por la mayoría de los agentes
oxidantes, incluso por el oxígeno del aire. La oxidación al aire es una reacción en cadena.
Sustancias tales como aminas aromáticas y los fenoles, inhiben la oxidación al aire.
1.
Oxidación destructiva de cetonas
O
OH
OH
O
H
H
HNO3,
NO2
NO2
V 2O 5
COOH
COOH
ác. Adípico (60%)
El comportamiento de las cetonas respecto a la oxidación es muy similar al de los alcoholes
terciarios. Para romperlas se emplea a menudo HNO 3 caliente y permanganato ácido o
alcalino.
2.
Oxidación de metil y metiléncetonas
2.1. Oxidación de Reilly. Las metiléncetonas están sujetas a ataque oxidativo específico en
las posiciones alfa. La oxidación de Reilly con SeO2 conduce a alfa-dicetonas.
O
O
SeO2
dioxano/calor
O
O
SeO2
dioxano/calor
O
CHO
Piruvaldehído
(60%)
2.2. Oxidación del hipohalito. La reacción del hipohalito, es un procedimiento de oxidación
que degrada las metilcetonas a ácidos carboxílicos con un átomo de carbono menos;
algunas metilencetonas se han degradado de una manera similar.
COCH3
Cl2
CH3COCl
COOH
NaOH
AlCl 3
-
ác. p bifenilcarboxílico
COCH2CH3
NaOBr
COOH (64%)
NaOH
2.3. Oxidación con ácido nitroso. El ácido nitroso y sus ésteres, convierten las
metilencetonas en alfa-cetoximas, que por hidrólisis producen compuestos 1,2dicetónicos.
O
HONO
alcanfor
O
HCl, H 2O
O
O
alcanforquinona
NOH
HO
HONO
O
O
O
NO
NOH
1
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2.4. Selenóxidos intermedios. El selenóxido formado a partir del litioenolato de la
ciclohexanona con cloruro de fenilselenio, se elimina fácilmente, lo que produce un alfabeta insaturado carbonilo, compuestos de amplio uso en síntesis orgánica.
OLi
O
O
SePh
PhSeCl
Ph
O
+
Se
H2 O2
O
-
- PhSeOH
THF
H
2.5. Formación de Lactamas a partir de cetonas. En realidad el método se dá en
dos etapas, en la primera se forma la hdroxilamina, que luego es tratada en medio
ácido para producir la transposición de Beckmann y formar la lactama,
O
N
NH2OH/H 2SO 4/NH 3
OH
O
-
H2SO4
ó NH3/H 2O 2, TS I
NH
-
ó NH3/O 2, M AIPO
2.6.
Oxidación de Rubottom. JOC 1978, 43, 1588
OTMS
O
LDA, TMSCl
3.
O
TMSO
O
Oxidación de aldehídos a ácidos carboxílicos (con Ag2O)
CHO
COOH
Ag 2O
JACS 1982, 104, 5557
Ph
4.
OH
H2 O
mCPBA
Ph
Formación de nitrilos a partir de aldehídos (reacción de Schmidt)
H
H
R
HN3
O
RCN
H2SO 4
+
R
N
H
O
5.
Oxidación de aldehídos
Tetrahedron 1997, 54, 401
con
Oxona,
(peroximonosulfato
potásico).
oxone
RCHO
acetona/H 2O
RCOOH
6.
Amidación oxidativa de aldehídos. Una amidación oxidativa suave y eficiente de
los aldehídos alifáticos y aromáticos, utiliza las sales de amina hidrocloruradas e
hidroperóxido de terc-butilo como oxidante en presencia de un catalizador de cobre y
plata. (W.-J. Yoo, C.-J. Li, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 13064-13065).
O
R
H
+
1,5 eq
R'NH2.HCl
1 mol% CuI, 1 mol % AgIO 3
MeCN, 40ºC, 6 h
7.
O
1.1. eq. tBuOOH (70% ac)
1.1. eq. CaCO 3
R
N
R'
H
Alfa-hidroxilación de enonas
2
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•
UATF
Hidroxilación asimétrica.
O
O
HO
NaN(SiMe3) 2, THF
MeOOC
Tetrahedron 1991, 47,173
MeOOC
OMe
OMe
(67%)
N
S
O
•
O
O
Con acetato de manganeso (III).
O
O
8.
Synthesis 1990, 119 y TL
1984 25, 5839,
AcO
Mn(AcO) 3, AcOH
Hidroxilación de enolatos de cetonas, ésteres y lactonas.
•
Con reactivos de Molibdeno. MoOPH [MoO5. Piridina (HMPA)]. JOC 1978,
43,188
O
O
O O 6-O
Mo
O
O
L L
-
R'
R'
R
R
O
R'
R
THF, -78º C
OH
L: ligante ( PHAL ó AQN)
•
Con el Reactivo de Murray (Dioxiranos). Reviews : Chem , Rev. 1989, 89,
1187; ACR 1989, 27, 205; Org. Syn. 1996, 74, 91.




Oxida los sulfuros a sulfóxidos y sulfonas
Oxida las aminas a amina-N-oxidos
Oxida los aldehídos a ácidos carboxílicos
Produce la Hidroxilación de enolatos:
O
KHSO5
O
"oxone"
Este reactivo permite epoxidar,
olefinas
O
1) LDA
2) Cp2TiCl2
3)
OH
JOC 1994, 59, 2358
O
O
O
O
9.
Oxidación de sililenol éteres y enol carbonato de enonas. TL 1995, 36, 3985
O
O
OTMS
Pd(AcO) 2
CH3CN
3
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O
O
UATF
O
O
O
OTIPS
Pd(AcO) 2
(NH4) 2Ce(NO3) 6
Ph
10.
Oxidación de enolatos con oxaziridinas.
O
N
R1
R3
Tetrahedron 1989, 45, 5703; Chem. Rev. 1992, 92, 919
R2
O
O
O
R
Ph
DMF, 0ºC
CH3CN
base
R
R
R1
O
PhO2S
R1
O
Ph
O
R1
N
R
R1
+
PhSO2N=CHPh
OH
NSO2Ph
Ph
O
O
Se puede preparar el
siguiente subproducto, con
R1
buenos rendimientos si se
PhSO2N=CHPh
R1
utilizaría una oxaziridina
Ph
NHSO2Ph
voluminosa como la
oxaziridina del alcanfor.
Oxidación de α, β-insaturado aldehídos a α, β-insaturado ácidos.
R
+
R
11.
Para esta Interconversión de grupo funcional se utiliza los iones clorito. Tetrahedron 1981,
37, 2091.
NaClO2
NaH2PO 4
OBn
t
- HClO2
BuOH, H 2O
OBn
OBn
OH
CHO
-
-
H O Cl O
12.
•
COOH
-
Epoxidación de α, β-insaturado cetonas, aldehídos y ésteres
Un nuevo y simple método se describe para la oxidación en un solo paso de α, β-enonas al
1,4-enediones con buenos rendimientos. Para ello se utiliza t-butilhidroperoxido como
oxidante estequiométrico y el 20% de Pd (OH)2 sobre carbono como catalizador. Los
mismos reactivos se han utilizado para convertir cetales de etileno de α, β-enonas a
cetales monoetilenglicol correspondientes de 1,4-enediones.( J.-Q. Yu, E. J. Corey, J. Am.
Chem. Soc., 2003, 125, 3232-3233).
5 mol % Pd(OH) 2/C(20%)
Y
R
R
1
Y
5 eq. tBuOOH, 0.5 eq. K 2CO3
CH2Cl2 4 - 24ºC, 36 - 72 h
R
R
1
O
Y : O, -OCH 2ch2O -
EóZ
4
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En condiciones
básicas, catalizado
por triton B.
UATF
O
O
tBuOOH
triton B, C 6H6
JACS 1958, 80, 3845
•
O
(CH2)n
(CH2)n
La adición catalítica asimétrica de grupos alquilo a cetonas en condiciones altamente
concentradas y libre de solventes permite la disminución en la carga de catalizador en un
factor de 2 - a 40 veces en comparación con las condiciones de reacción estándar
empleando tolueno y hexano.
0.5 mol %
O
O
O
S
O
NH
NH S
O
-
R
1
OTi(O iPr) 3
+
OH
Me 2Zn
1
-
1.2 eq. Ti(O -iPr) 4
libre de dolvente, rt, 44 - 45 h
2 eq.
n
R
HO
n
4 eq TBHP
OH
R
5.5. M en decano
1
O
n
El uso cíclico de enonas conjugadas, sin disolventes, además de la adición asimétrica de
alquilos es seguida de una epoxidación diastereoselectiva del enlace olefínico con solución
5,5 M decano en solución de terc-butil hidroperóxido, generándose epoxi alcoholes.( S.-J.
Jeon, H. Li, P. J. Walsh, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 16416-16425.)
•
En condiciones básicas suaves con mCPBA
COOMe
O
COOMe
mCPBA, NaHPO 3
O
TL. 1988, 23, 2793
O
H
H
O
•
O
Una reacción catalítica de epoxidación asimétrica de diferentes ésteres α, β-insaturados a
través de una adición conjugada de un oxidante con un catalizador quiral de ytrio –
biphenildiol como ligante, produce los correspondientes α, β-epoxi ésteres con un
rendimiento de hasta 97%.(H. Kakei, R. Tsuji, T. Ohshima, M. Shibasaki, J. Am. Chem.
Soc., 2005, 127, 8962-8963).
2 - 10 mol %
O
( 1 : 1 : 1)
R
R : alquil, aril
•
ligando:
-
catalizador (ligando)/Y(O iPr) 3/Me 3As=O
OEt
1. 2 eq TBHP (4M en tolueno)
O
R
O
O
OEt
O
O
Ms 4 Aº, THF, rt, 20 - 71 h
Se ha desarrollado con éxito un proceso eficiente de peroxidación y epoxidación
enantioselectiva, de sustratos cetonas alfa, beta – insaturadas con hidroperóxidos,
5
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catalizados por quinina. Este método abre nuevas posibilidades en la síntesis asimétrica
de peróxidos y epóxidos quirales. (X. Lu, Y. Liu, B. Sun, B. Cindric, L. Deng, J. Am. Chem.
Soc., 2008, 130, 8134-8135.)
O
R
R
1
+
OR"
0.1 eq catalizador
1.2 eq
O
0.3 eq. TFA
HOOR"
R
Tolueno
0 a 23ºC, 2 - 24 h
MeO
catalizador:
O
R
1
H2N
N
H
R" : C(CH 3) 3, C(CH 3) 2Ph
N
13. Epoxidación de Henbest.
Epoxidación dirigida por un grupo polar.
O
O
Ph
N
H
Ph
N
H
mCPBA
altamente selectivo
O
OAc
OAc
OAc
mCPBA
O
OH
+
mCPBA
O
OH
OH
O
+
O
10 : 1 Selección de diastereoisómeros
1 : 4 Selección de diastereoisómeros
Para los sistemas acíclicos, la epoxidación de Henbest, suele ser menos selectiva
14.
Oxidación de Baeyer–Villiger de cetonas a ésteres y lactonas.
Vía la inserción de oxígeno con peróxidos y perácidos. (Ácido m-Cloroperbenzoico, ácido
peracético, peróxido de hidrógeno, etc).
O
H
O
O
Cl
O
NO2
O
O
R1
R1
R2
HO
O
Ar
O
O
•
Organic Reactions 1993, 43, 251
Comprenhensive Organic Synthesis 1991, vol
7, 671.
O
O 2N
O
H
O
H
O
R2
O
R1
O
R2
+
ArCOOH
Ar
La migración de R hacia uno de los oxígenos en el intermediario formado, es concertada
con la ruptura simultánea del enlace O-O. No hay pérdida de la estereoquímica del
sustrato
6
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O
UATF
HOOC
HO
O
CHO
HO
mCPBA O
O
OH
COOH
O
•
O
O
HO
HO
La aptitud migratoria de los grupos sigue aproximadamente la capacidad del grupo, para
estabilizar la carga positiva, de modo que el siguiente orden es perfectamente
demostrable:
3º > 2º > bencil = fenil > 1º >> metil
JACS 1971, 93, 1491
O
O
mCPBA
(80%)
O
Tetrahedron Lett, 1977, 2173
Tetrahedron Lett, 1978, 1385
7