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Reacciones de Oxidación Reducción en Síntesis Orgánica (página 2)

Enviado por Wilbert Rivera Muñoz



Partes: 1, 2, 3, 4

Un ejemplo es la conversión de tetrahidrofuranos ?-butirolactonas, o la conversión de di-n-butil éter a n-butirato de n-butil. Los reactivos que producen esta transformación con buenos rendimientos son el tetróxido de ruthenio y el ácido tricloroisocianúrico.[1]

1.4. 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.

  • Oxidación destructiva de cetonas

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El comportamiento de las cetonas respecto a la oxidación es muy similar al de los alcoholes terciarios. Para romperlas se emplea a menudo HNO3 caliente y permanganato ácido o alcalino.

  • Oxidación de metil y metiléncetonas

  • 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.

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  • 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.

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  • Oxidación con ácido nitroso. El ácido nitroso y sus ésteres, convierten las metilencetonas en alfa-cetoximas, que por hidrólisis producen compuestos 1,2-dicetónicos.

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  • Selenéxidos intermedios. El selenóxido formado a partir del litioenolato de la ciclohexanona con cloruro de fenilselenio, se elimina fácilmente, lo que produce un alfa-beta insaturado carbonilo, compuestos de amplio uso en síntesis orgánica.

  • 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,

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  • Oxidación de Rubottom. JOC 1978, 43, 1588

 

  • Formación de nitrilos a partir de aldehídos (reacción de Schmidt)

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  • Oxidación de aldehídos con Oxona, (peroximonosulfato potásico). Tetrahedron 1997, 54, 401

  • Amidación oxidativa de aldehidos. 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).

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  • Alfa-hidroxilación de enonas

  • Hidroxilación asimétrica.

  • Con acetato de manganeso (III).

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  • Hidroxilación de enolatos de cetonas, ésteres y lactonas.

  • Con reactivos de Molibdeno. MoOPH [MoO5. Piridina (HMPA)]. JOC 1978, 43,188

  • 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:

Este reactivo permite epoxidar, olefinas

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  • Oxidación de sililenol éteres y enol carbonato de enonas. TL 1995, 36, 3985

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  • Oxidación de enolatos con oxaziridinas.

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  • Oxidación de a, ß-insaturado aldehídos a a, ß-insaturado ácidos. Para esta Interconversión de grupo funcional se utiliza los iones clorito. Tetrahedron 1981, 37, 2091.

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  • 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.

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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.)

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  • Epoxidación de Henbest. Epoxidación dirigida por un grupo polar.

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Para los sistemas acíclicos, la epoxidación de Henbest, suele ser menos selectiva

  • 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).

" 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

  • 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:

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1.5. Oxidación de Fenoles

Los fenoles son muy reactivos ante agentes oxidantes, los productos de reacción de los mismos es variable, según el oxidante que se utilice. Sin embargo el producto más común en los procesos de oxidación con agentes oxidantes fuertes y/o débiles es una quinona.

1.5.1. Formación de quinonas.

  • Dicromato de sodio en medio ácido. Na2Cr2O7/H2SO4.

Los fenoles son fácilmente oxidados, a pesar de la ausencia de un átomo de hidrógeno en el carbono que lleva hidroxilo. Entre los productos de la oxidación de fenol con ácido crómico se obtiene el compuesto dicarbonílico para-benzoquinona (conocido como 1,4-benzoquinona o simplemente quinona).

El isómero orto también se conoce, sin embargo la metaquinona no se conoce que haya sido preparada, debido a que estructuralmente no son posibles.

Los equilibrios redox entre la hidroquinona y el catecol dihidroxibenzeno y sus estados de oxidación a quinonas, se obtienen con oxidantes más suaves que el cromato (reactivo de Jones).

Cualquier grupo en la posición para respecto al hidroxilo en los fenoles se elimina en la oxidación:

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Si el grupo en para es un halógeno[2]el rendimiento de la oxidación mejora considerablemente. En cambio si se tiene un grupo -OH o –NH2, los rendimientos son excelentes en la formación de quinonas.

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  • Formación selectiva de orto quinonas con IBX

Un método de oxidación eficiente y regioselectivo de transformación de fenoles a o-quinonas, se consigue cuando el derivado fenólico se combina con ácido o-Iodoxibenzoico (IBX) en DMF. Esta reacción se puede combinar con una reducción, lo que permite la construcción de una variedad amplia de ésteres. Esta reacción fue reportada por: Derek Magdziak, Andy A. Rodriguez,† Ryan W. Van De Water, and Thomas R. R. Pettus),

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  • Carboxilación de Fenoles (reacción de Kolbe-Schmitt)

Este proceso es más conocido como la síntesis de Kolbe-Schmitt y consiste en calentar la sal del fenóxido de sodio con dióxido de carbono (CO2) a temperaturas ligeramente mayores a los 100ºC y a una presión de 100 atm. Este procedimiento sirve para formar el ácido salicílico.

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1.5.2. Oxidación del persulfato de Elbs

La Oxidación del persulfato de Elbs es una reacción orgánica en donde un fenol es hidroxilado en la posición para con rendimientos aceptables, empleándose para ello persulfato de potasio alcalino.

Mecanismo de reacción. El mecanismo de reacción, ha sido postulado considerando la sustitución para (p), observada con el carbanión tautomérico del ion fenolato de partida:

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Lo que muestra una sustitución nucleofílica en el peróxido de oxígeno del ion peroxodisulfato. Para obtener el producto, los intermediarios sulfato se hidrolizan al grupo hidroxilo.

1.5.3. Reacción de Vilsmeier-Haack.

Ésta es una reacción que permite introducir el grupo formilo en compuestos fenólicos o sus derivados como los fenóxidos, el resultado final puede catalogarse como una forma de oxidación del sustrato. El reactivo de Vilmeier necesario se prepara a partir de una mida sustituída con tricloruro de fosforilo, el cual se hace reaccionar con el fenol y sus derivados.

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1.5.4. Reacción de Reimer–Thiemann

La reacción de Reimer – Thiemann, también permite introducir en el anillo bencénico de los fenoles y sus derivados (así como otros compuestos con grupos activos sobre el benceno), el grupo formilo (-CHO), resultando consiguientmente una oxidación del sustrato.

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1.5.5. Otras reacciones de formilación

Al margen de la reacción de Gattermann – Koch, se pueden indicar las siguientes dos reacciones que también permiten introducir en los fenoles y sus derivados al grupo formilo.

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1.5.6. Oxidación–reducción del resorcinol. Un proceo que permite obtener compuestos dicetónicos cíclicos en una relación 1 – 3 diCO, parte del resorcinol. El sistema que se usa es Rh/Al2O3 y H2, NaOH, la transformación que ocurre se muestra en la siguiente reacción:

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1.6. Oxidación de compuestos nitrogenados

1.6.1. Oxidación de Aminas Alifáticas.

1.6.1.1. Oxidación de aminas alifáticas primarias:

( Una de las reacciones de oxidación clásica de las aminas primarias, es la del KMnO4 neutro y frío, que sobreoxida la imina intermedia hasta la formación de aldehído. Pero esta reacción es difícil de controlarla y normalmente se obtienen mezclas de productos de oxidación

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( Las aminas alifáticas primarias se oxidan fácilmente a nitrilos por el óxido de cobre en piridina, como es el caso de los dos sistemas que se indican a continuación:

( El catalizador Au/TiO2, permite oxidar aminas alifáticas a amidas. En cambio las diaminas de cadena lineal extensa y aminas alicíclicas se oxidan a las correspondientes lactamas:

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(Las aminas alifáticas, por oxidación, pueden también transformarse en nitroalcanos a través de varias etapas con el reactivo de Murray (dimetildioxirano).

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( Los reactivos de poli (N, N'-dicloro-N-etilbenceno-1,3-disulfonamida) (PCBS) y N, N, N', N'-tetraclorobenceno-1,3-disulfonamida (TCBDA) permiten la preparación de nitrilos, a partir de las aminas primarias. R. Ghorbani-Vaghei, H. Veisi, Synthesis, 2009, 945-950.

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( Un método eficiente y altamente selectivo para la oxidación de aminas primarias, para formar nitrilos, se consigue utilizando ácido tricloroisocianúrico (TCCA) en presencia del catalizador TEMPO.

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Este método permite la síntesis de varios nitrilos alifáticos, aromáticos y heterociclos con excelente rendimiento. F.E. Chen, Y.Y. Kuang, H.F. Dai, L. Lu, M. Huo, Synthesis, 2003, 2629-2631.

( El Rutenio soportado en alúmina actúa como un catalizador heterogéneo eficaz para la oxidación de aminas alifáticas poco activadas al nitrilo correspondiente, con 1 atm de oxígeno o aire. K. Yamaguchi, N. Mizuno, Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 1480-1483.

( Otra oxidación de aminas alifáticas, que produce nitrilos, es la siguiente:

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1.6.1.2. Oxidación de aminas alifáticas secundarias. El mismo reactivo de Murray reacciona con aminas secundarias quirales produciendo nitroderivados con la misma estereoquímica que el sustrato:

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(El ácido nitroso oxida a las aminas secundarias alifáticas a la correspondiente N-nitrosoamina:

( Otros oxidantes comunes, producen las siguientes transformaciones:

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(El ácido de caro, (ácido peroxosulfúrico) (H2SO5) se prepara a partir de la reacción del ácido sulfúrico con peróxido de hidrógeno.

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(La reacción de aminas secundarias con peróxido en presencia de perácidos, forma óxido de amina que se tautomerizan hacia la formación más estable como lo constituyen las dialquilhidroxiaminas respectivas:

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1.6.1.3. Oxidación de aminas alifáticas terciarias

(Oxidación de las carbodiimidas con H2O2 (DCC-H2O2, DIC-H2O2, EDC-H2O2). Las carbodiimidas se forman por la deshidratación de ureas o de tioureas. Ellos también se forman por el tratamiento de isocianatos orgánicos con catalizadores adecuados (por lo general a base de óxidos fosfoleno); en este proceso, el anhídrido carbónico se desarrolla desde el isocianato.

Los óxidos de aminas terciarias tienen momento dipolar elevado y puntos de fusión altos. El calentamiento de estos óxidos, genera alquenos terminales específicos (reacción de Cope).

(Por otro lado, las aminas terciarias pueden ser convertidas eficientemente en los correspondientes nitrilos, con buenos rendimientos por oxidación con 1,3-diiodo-5,5-dimetilidantoina (DIH) en amoníaco acuoso a 60 ºC. S. Iida, H. Togo, Synlett, 2007, 407-410.

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  • Oxidación de Aminas Aromáticas

  • Oxidación de aminas aromáticas primarias. La oxidación más común y simple de las aminas aromáticas, las transforma en quinonas o derivados de la misma.

(En general la mayoría de los oxidantes inorgánicos comunes producen esta transformación, los resultados son óptimos si se utiliza con este propósito ácido iódico, en presencia de montmorilonita y silicagel

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Se ha probado además, que irradiando con microondas las aminas primarias, los rendimientos son muy elevados. Sin embargo la oxidación de la anilina, puede controlarse en los diferentes niveles sucesivos antes de llegar a un nitrobenceno.

Las ortoquinonas se preparan frecuentemente a partir de derivados orto-disustituídos de los correspondientes sistemas aromáticos.

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Para la síntesis de quinonas que son difíciles de preparar por otros métodos, se hace uso del radical estable nitrosil disulfonato (ND).

(Una oxidación suave de las aminas aromáticas, se da con la Oxona (peroximonosulfato potásico) en medio de acetona acuosa. (Kevis S. Webb). Esta reacción es compatible con varios grupos susceptibles de ser también oxidados en el anillo bencénico.

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( La oxidación de aminas aromáticas primarias con perborato de sodio (SPB) tetrahidrato y catalizada por el ácido fosfotungstico H3PW. nH2O forma el nitroderivado correspondiente con buenos rendimientos. H. Firouzabadi, et. al. Green Chemistry, 2001, 3, 131-132.

( Oxidación en soluciones acuosas con fosfinas hidrosolubles y óxido nítrico disuelto en ácido nitroso. (A. BaKac, et. al.)

( La oxidación selectiva de aminas aromáticas a Nitro derivados con el sistema catalítico yoduro de potasio-terc-butil hidroperóxido (TBHP). K. Rajender Reddy.

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( Otro procedimiento selectivo importante para oxidar aminas aromáticas primarias al correspondiente nitroderivado, radica en el uso de tetraalquil amoniobromato en medio ácido. Esta reacción es compatible con muchos grupos funcionales.

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( Las aminas primarias aromáticas, pueden ser oxidadas por el ácido nitroso, para producir sales de diazonio muy estables, que sirven como intermediarios en síntesis orgánica, para introducir otros grupos en el anillo bencénico, que no pueden introducirse de manera directa.

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( El peróxido de hidrógeno en ácido trifluoro acético (o sea ácido pertrifluoracético) oxida a las aminas primarias bencenoides a nitrobencenos con buenos rendimientos:

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(Otro reporte que se conoce en la formación de nitrilos, se relaciona con la oxidación de aminas primarias bencílicas con el reactivo DMP, que contiene el iodo hipervalente (Dess-Martin Periodinanet). Esta oxidación ocurre directamente sobre las aminas primarias bencílicas y relacionadas (actúa también sobre alcoholes), para formar los nitrilos correspondientes. K. C. Nicolaou, C. J. N. Mathison, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 5992-5997.

  • Oxidación de aminas aromáticas secundarias. Así como las aminas alifáticas secundarias, las aminas aromáticas también forman nitrosoaminas con ácido nitroso.

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  • Oxidación de aminas aromáticas terciarias. Reaccionan con ácido nitroso para formar compuestos N-nitrosoamonio.

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  • Oxidación de oximas

(Las oximas intermedias producidas, se transforman en lactamas a través de la transposición de Beckmann. Otros sustratos que proporcionan oximas como intermediarios, son por supuesto los aldehídos, cetonas y nitroderivados:

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(También se conoce que las oximas, derivados nitrogenados de aldehídos y/o cetonas, se transforman con altos rendimientos en el nitrilo correspondiente, a través de una reacción con cloruro de sulfometilo, catalizado con grafito. H. Shargi, M. H. Sarvari, Synthesis, 2003, 243-246.

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( Otras cetoximas, preparadas a partir de las cetonas correspondientes, se someten a la transposición de Beckmann a la temperatura ambiente con rendimientos excelentes en la formación de nitrilos, debido al tratamiento con 2,4,6-tricloro [1,3,5] triazina (TCT) en N, N-dimetilformamida (DMF). L. De Luca, G. Giacomelli, A. Porcheddu, J. Org. Chem., 2002, 67, 6272-6274.

( El [RuCl2 y (p-cimeno)] adsorbidos en el carbón activado, es un catalizador eficaz, atractivo y altamente selectivo amigable con el medio ambiente, para su uso en oxidaciones aeróbicas, oxidaciones hidrolíticas y deshidrataciones. E. Choi, C. Lee, Y. Na, S. Chang, Org. Lett., 2002, 4, 2369-2371.

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( Las cetoximas se someten a la transposición de Beckmann cuando se calienta con 0,5 equivalentes molares de cloral (hidrato) en ausencia de disolventes y ácidos. Los rendimientos de las correspondientes amidas fueron excelentes.

Asimismo, las aldoximas aromáticas fueron deshidratadas a los nitrilos respectivoss con excelentes rendimientos en condiciones similares.(S. Chandrasekhar, K. Gopalaiah, Tetrahedron Lett., 2003, 44, 755-756).

( Una oxidación conveniente de oximas a los compuestos nitro utiliza perborato de sodio en ácido acético glacial como agente oxidante. G. A. Olah, P. Ramaiah, C.-S. Lee, G. K. Surya Prakash, Synlett, 1992, 337

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  • Oxidación de Nitrocompuestos alifáticos.

  • Reacción de Nef. La reacción de Nef, es una reacción en la que los nitroalcanos, primarios y/o secundarios se transforman en aldehídos o cetonas. Las versiones más populares de esta reacción se ejemplifican a continuación:

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  • Variantes de la reacción de Nef. Han sido propuestos una gran variedad de variantes de la reacción de Nef, con el propósito de hacerla más selectiva y de alcanzar mayores rendimientos.

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  • Electrolisis de aniones nitronato. Una oxidación anódica de aniones nitrona, proporciona un atractivo método para la reacción de Nef.

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  • Oxidación con dimetildioxirano. Los aniones nitrona, de los nitrocompuestos, pueden ser oxidados con dimetildioxirano, para formar aldehidos y/o cetonas, con buenos rendimientos.

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  • Oxidación con clorito de sodio. El hipoclorito de sodio mediante una catálisis con (CH2Cl2, NaOH, Bu4NHSO4) es también un buen procedimiento para la oxidación de nitrocompuestos alifáticos primarios o secundarios, para producir aldehidos y/o cetonas y se constituye en otra alternativa complementaria a la reacción de Nef.

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  • Oxidación de nitroarenos

Los nitroarenos reaccionan con aniones de terc-butil hidroperóxidos de cumilo en presencia de bases fuertes para formar o y p-nitrofenoles.

La reacción procede generalmente con alto rendimiento y es de valor práctico, como un método de síntesis y fabricación de nitrofenoles. M. Makosza, K. Sienkiewicz, J. Org. Chem., 1998, 63, 4199-4208.

  • Oxidación de Azidas

Una oxidación novedosa de azidas con un no metal y catalizadores adecuados forma nitrilo, bajo condiciones libres de solventes y cantidades catalíticas de KI, DABCO en agua y TBHP a temeperatura ambiente. Esta oxidación de las azidas catalizada por elementos no metálicos proporciona buena selectividas pues no afecta a los enlaces dobles y triples en las condiciones de reacción

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  • Oxidación de Piridinas.

La elevada energía de resonancia de la piridina produce una mayor estabilidad a la oxidación que la encontrada para el benceno. Así el anillo piridínico resiste casi cualquier tipo de oxidación. Este comportamiento permite por ejemplo que en la quinoleína, sea el anillo bencénico el que sufra rompimiento por oxidación.

Esta extraordinaria estabilidad, ayuda por ejemplo a que los grupos alquilo sobre el anillo piridínico puedan ser oxidados fácilmente, ello ocurre cuando las diferentes picolinas extraídas del alquitrán de hulla son oxidadas, para formar ácidos piridincarboxílicos.

  • Oxidación de Compuestos Aromáticos Condensados

Los compuestos aromáticos que contienen dos a más ciclos, son denominados aromáticos condensados, algunos de ellos poseen importancia comercial o biológica y son extraídos del alquitrán de hulla y son la fuente de muchos de sus derivados

1.7.1. Oxidación de Naftalenos

Contrariamente a lo que ocurre en la serie del benceno, en la del naftaleno los sustituyentes alquílicos son más resitentes a la oxidación que el ciclo, razón por la cual no pueden obtenerse ácidos carboxílicos por oxidación de alquilnaftalenos.

La 1,2-naftoquinona es un compuesto sensible, pero más estable que la 1,2-benzoquinona.

  • Oxidación del Antraceno y Fenantreno.

  • Antraceno. El Antraceno y Fenantreno, tienen tres anillos bencénicos fusionados, en el caso del Antraceno de manera lineal y de forma angular en el Fenantreno, por lo que se pueden escribir para cada uno de ellos varias formas de resonancia. En la oxidación del antraceno, se observa un ataque a la posición meso de la estructura (anillo bencénico interno), produciendosé la 9, 10 - antraquinona, notablemente estable a una oxidación posterior.

Por la razón, anteriormente señalada, se requieren condiciones muy enérgicas para la sustitución en la antraquinona. Su estabilidad y los útiles colorantes que se han obtenido con este sistema cíclico han hecho que la química de las 9,10–antraquinonas sea de mayor interés que la del propio antraceno.

1.8. Otras Oxidaciones.

1.8.1. Oxidación de aril-alquilos.

  • El complejo catiónico [(pymox-Me2) RuCl2] + BF4-es un catalizador muy eficaz para la oxidación de enlaces C-H de aril - alcanos en agua utilizando terc-butilhidroperóxido como oxidante para producir diversas aril cetonas a temperatura ambiente, en agua como disolvente. C. S. Yi, K.-H. Kwon, D. W. Lee, Org. Lett., 2009, 11, 1567-1569.

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  • El bismuto y la oxidación de arenos - alquilo con terc-butilo, catalizada por ácido picolínico en piridina y ácido acético, dio bencíl cetonas con buenos rendimientos. Por otra parte, la oxidación de metilarenos, dio el correspondiente ácido benzoico sustituido. Y. Bonvin, E. Callens, I. Larrosa, D. A. Henderson, J. Oldham, A. J. Burton, A. G. M. Barrett, Org. Lett., 2005, 7, 4549-4552.

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1.8.2. Catálisis oxidativa de dimetilanilinas con alquinos.

Una simple y eficaz catálisis del cobre para la oxidación de acoplamiento cruzado de dimetilanilinas con alquinos en presencia de terc-BuOOH permite la construcción de propargilaminas a través de una combinación de enlaces C- H sp3 y sp C- H para la formación de enlaces CC. Z. Li, C.-J. Li, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 11810-11811.

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1.8.3. Amidación catalítica de C- H alílicos y bencílicos.

Una amidación catalizada por cobre de C- H alílicos y bencílicos es aplicable a la unión de un conjunto diverso de especies de hidrocarburos con aril sulfonamidas, heteroaril, y alquil y es tolerante a una gran variedad de grupos funcionales. G. Pelletier, D. A. Powell, Org. Lett., 2006, 8, 6031-6034.

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1.8.4. Conversión de N-Acil aminoácidos en imidas

Los N-acil aminoácidos pueden ser convertidos en imidas por descarboxilación oxidativa, vía la descarboxilación inducida por Ag+/Cu2+/S2O82- a temperatura ambiente en agua, con buenos rendimientos.

Así la N-benzoilvalina y N-benzoilleucina se transforman en N-formilbenzamida. W. Huang, M. Wang, H. Yue, Synthesis, 2008, 1342-1344.

1.8.5. Oxidación de carbamatos.

La oxidación de carbamatos protegidos de alquillhidrazinas a las hidrazonas correspondientes en las condiciones de Swern, se producen conaltos rendimientos. La reacción ocurre con hidracinas que contienen grupos alquilo primario, secundarios y ramificados

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Las condiciones en las que alquilhidrazinas protegidas puede ser oxidados a la hidrazona correspondiente con buenos rendimientos, son reportadas, en. Tetrahedron Letters, Volume 42, Issue 32, 6 August 2001, Page 5587.

1.8.6. Oxidación de Alquilbencenos,

Los alquilbencenos 1º, son ustancias que fácilmente se oxidan al grupo carboxílico, con oxidantes fuertes, sin importar el tamaño del grupo alquilo:

Sin embargo si la ramificación se presenta sobre cualquiera de los átomos de carbono no ligados al benceno, el producto será un ácido carboxílico.

En cambio si el grupo alquilo unido al benceno es terciario, por ejemplo t-butil, el compuesto es tan estable que los oxidantes corrientes que forman ácidos carboxílicos con grupos alquilo primarios, sencillamente no pueden atacarlo y se conlcuye, que este tipo de sustratos no son oxidados.

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Oxidación parcial de los metilbencenos: El grupo metilo, puede ser oxidado parcialmente, de manera indirecta, para introducir el grupo formilo, como puede verse en el siguiente ejemplo:

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  •  

Reacciones de reducción

Todos los agentes reductores inorgánicos corrientes se usan con frecuencia en química orgánica; sin embargo, los más útiles son el hidrógeno (con catalizadores sólidos), los hidruros metálicos y los metales activos, especialmente el cinc y el sodio.

La mayoría de las reducciones orgánicas producen la saturación de los grupos funcionales no saturados. Sin embargo, también se conocen algunas reacciones de sustitución reductoras de bastante utilidad en síntesis orgánica.

Los procesos de reducción más comunes, comprenden el uso de los siguientes reactivos:

Hidrogenación (hidrogenación catalítica)

Reactivos de boro

Reactivos de aluminio

Hidruros metálicos

Hidruros de estaño

Silanos

Metales activos disueltos en medio ácido

2.1. Reducción de enlaces múltiples C – C.

El procedimiento que más se emplea en la reducción de alquinos, alquenos, compuestos aromáticos y sus derivados, es la hidrogenación catalítica y el diborano.

Hidrogenación catalítica.

Los catalizadores más utilizados consisten en metales de transición absorbidos en un soporte sólido, como por ejemplo: Pd, Pt (finamente dividido), PtO2 (Adams), Ni y Rh. El soporte puede ser carbono, Al2O3, SiO2, CaCO3, BaSO4 y los solventes más utilizados llegan a ser el EtOH, EtOAc (acetato de tilo), Et2O, hexanos, etc.

El Pt se añade como PtO2 y se reduce en el mismo reactor. El Pd se prepara reduciendo sus sales sobre un soporte de carbón finamente dividido. Estos catalizadores son muy activos y permiten la hidrogenación a temperatura ambiente y presiones de 1 o 2 atm, pero son sumamente caros, por lo cual deben recuperarse cuidadosamente. La reacción es sensible a los efectos estéricos y cambios de solvente.

Sistema reductor H2,Pd/C. La estereoquímica de los productos hidrogenados presenta adición cis (syn): los dos átomos de hidrógeno se adicionan a la misma cara del doble enlace.

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El catalizador puede ser "envenenado", para disminuir la disponibilidad de hidrógenos y así obtener productos parcialmente hidrogenados como es el caso del paso de alquinos a alquenos. Por otro lado, los grupos funcionales polares, como los hidroxilos, a veces dirigen el lugar de reacción del H2.

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También se ha reportado que el complejo de paladio-fibroína, cataliza de forma quimioselectiva, la hidrogenación de acetilenos, olefinas y azidas, en la presencia de cetonas, aldehídos aromáticos y haluros, así como de los grupos protectores N-Cbz y ésteres de bencilo, que son fácilmente hidrogenados con Pd/C o Pd/C(en) como catalizadores. (T. Ikawa, H. Sajiki, K. Hirota, Tetrahedron, 2005, 61, 2217-2231)

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2.1.1.2. El catalizador de Lindlar. Este catalizador (Pd/BaSO4/quinolina) se halla parcialmente envenenado para reducir la actividad del hidrógeno, razón por la cual, sólo se reducen los grupos funcionales más activos de la molécula en cuestión.

Reducción de Lindlar:

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Reducción de Rosenmund. Esta es una reacción estudiada sobre la reducción de alcanoílos, donde se obtiene aldehídos como producto de la reducción y también es aplicable a la reducción parcial de alquinos. Reacción en la que se forman los alquenos cis. (Org. Rxn. 1948, 4, 362)

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2.1.1.3. Níquel Raney. El níquel Raney es un catalizador sólido compuesto por granos porosos y muy finos de una aleación de níquel-aluminio, se ha utilizado mucho como catalizador heterogéneo en una gran variedad de síntesis orgánicas, generalmente hidrogenaciones, gracias a su estabilidad y gran actividad catalítica a temperatura ambiente.

El níquel Raney se produce tratando un bloque de aleación Ni-Al con una solución concentrada de hidróxido de sodio. Este tratamiento, llamado "activación", disuelve la mayor parte del aluminio presente en el bloque, dejando una estructura de níquel porosa con una gran área superficial, lo que le confiere su gran actividad catalítica.

Se usa, en la reducción de compuestos con enlaces múltiples (insaturados), como alquinos, alquenos, nitrilos, dienos, compuestos aromáticos y carbonilos. Además reduce enlaces heteroatómicos, como el enlace N-O del grupo nitro NO2 y las nitrosoaminas

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Asimismo, es utilizado en la alquilación reductiva de aminas y en la aminación de alcoholes.

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En la reducción de un doble enlace C=C (alqueno), el níquel Raney adiciona el hidrógeno con una geometría sin.

Catalizadores de Wilkinson. La hidrogenación catalítica, puede ser también homogénea, eso sucede cuando se utilizan los denominados catalizadores de Wilkinson:

,

En estos procesos, la hidrogenación es:

Más selectiva para el doble enlace,

Sin isomerizaciones,

Altamente estereoespecífica,

Una adición SYN y

Un medio donde los catalizadores no presentan envenenamiento.

( Otro aspecto ventajoso de la utilización de los catalizadores de Wilkinson, radica en que éstos, no afectan a los grupos: -COOH, -CO-, -CHO, -CN, -NO2 y -COOR".

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( Si en la molécula existen triples y dobles enlaces, estos últimos se reducen preferentemente, quedando sin modificación los triples enlaces:

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Reducción con NBSH (2-nitrobencenosulfonilhidracida).

La reducción de alquenos a los alcanos respectivos, ha sido encarada satisfactoriamente y con mucha quimioselectividad, con el 2-nitrobencenosulfonilhidracida (NBSH), preparado a partir de reactivos comerciales, (B. J. Marsh, D. R. Carbery, J. Org. Chem., 2009, 74, 3186-3188).

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Tabla Nº 3. Reducción de olefinas con NBSH

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Tabla Nº 4.Grupos funcionales sensibles a la hidrogenación catalítica

Moderne Synthetic Reactions. H.O. House

Los ejemplos que se mencionan en la tabla Nº 3, muestran que el proceso es compatible con los grupos ésteres, aminas, amidas, alcoholes, ácidos carboxílicos y que no reduce los dobles enlaces conjugados con el grupo carbonilo y presenta preferencia por los dobles enlaces menos sustituidos. Se supone, que es la diimida intermedia formada, el responsable de la reducción

Finalmente, es posible reducir los grupos funcionales selectivamente, debido a las diferencias de sensibilidad que muestran estos grupos funcionales hacia la hidrogenación catalítica, como puede concluirse de la tabla Nº 4.

Otras reducciones catalíticas de alquenos:

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2.1.3.1. Metales disueltos en amoníaco líquido. Este es el caso particular de metales activos en solución, donde liberan electrones que se estabilizan por solvatación, mientras ellos se transforman por oxidación en los correspondientes cationes y por otra parte se forma sal con desprendimiento de hidrógeno

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Estos sistemas tienen un fuerte carácter reductor, no por el hidrógeno desprendido (2), que carece de presión suficiente para actuar y debido a que no se halla presente un catalizador, pero si, por la capacidad de transferencia de electrones del metal en su oxidación (1).

En relación a este proceso, a través de la experimentación se han encontrado parejas útiles de Metal-Donador de protones, con actividad reductora suave y controlable, entre componentes de actividad metálica y acidez complementarias, como es el caso de las siguientes parejas:

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Las parejas con actividades similares de sus componentes, por ejemplo débiles (Fe/NH3), no presentarían actividad reductiva, por otro lado, si los pares presentan actividades fuertes (Na/HCl), la reacción sería violenta o explosiva,

2.1.3.2. Soluciones de Na o Li en amoníaco líquido (NH3). Sólo en algunos casos se añade alcohol como fuente de protones y para tamponar la acumulación del amiduro formado. Las reacciones se suelen realizar a la temperatura de ebullición del amoníaco (-35ºC) y como la solubilidad de muchos compuestos orgánicos en amoniaco líquido a esta temperatura es baja, se suelen añadir co-disolventes como éter, tetrahidrofurano o dimetoxietano para facilitar la solubilidad.

El Na en amoníaco líquido reduce los alquinos estereoespecíficamente a trans alquenos:

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Dienos conjugados 1,4 – dihidroderivados: Se reducen al 2-metilbuteno

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La reducción de Birch. La reducción de anillos aromáticos, con soluciones de sodio o litio en amoníaco líquido, constituyen un medio útil para la producción de ciertos compuestos alicíclicos. Una reducción simple del benceno y bencenos sustituidos se logra por el tratamiento con solución de electrones ricos de metales alcalinos, por lo general de litio o de sodio, en amoníaco líquido.

Esta reacción, se llama Reducción de Birch, en honor al químico australiano A.J. Birch. También está relacionada con la reducción de alquinos a alquenos trans. La reducción se cree que se produce por una adición por etapas de dos electrones en el anillo de benceno, seguido por una protonación en cada etapa, como se ilustra en el diagrama siguiente.

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Estando presentes, sustituyentes en el benceno, los mismos influyen en la regioselectividad de la reducción de Birch. El producto está determinado por el sitio de la primera desprotonación, ya que la segunda desprotonación ocurre siempre en la posición contraria a la primera.

Si el sustituyente ubicado en el anillo bencénico, antes de la reducción, es un donador de electrones, tal como éteres, aminas y grupos alquilo, los dobles enlaces que se forman, se hallarán en posiciones contrarias en el anillo, teniendo que estar ubicado uno de ellos unido a uno de los grupos donadores de electrones.

Finalmente los grupos alcoxi (-OR) tienen una influencia mayor que los alquilo en la dirección de los sustituyentes.

En la siguiente reacción, se observa que existe una preferencia por la protonación en los sitios sin ningún sustituyente (tenga en cuenta que los enlaces dobles aislados no se reducen a bajas temperaturas de reflujo en amoníaco líquido, -33 º C). Un grupo de aniones oxígeno, como en la base conjugada del fenol, impide que la reducción de Birch se produzca.

La reducción de Birch de un ácido carboxílico aromático, que además contiene varios grupos éter, ilustra una vez más la influencia regio-directiva dominante de un grupo carboxilo, incluso en forma de carboxilato.

El alfa-anión es lo suficientemente estable que puede inducir incluso una reacción de eliminación (primera etapa) y en la regeneración ser alquiladas por un haluro de alquilo reactivo (segunda etapa).

En el último ejemplo, se muestra que la reducción de Birch de la piridina, forma una bis-enamina, la cual por hidrólisis ácida produce una dicetona, un compuesto 1,5-dicarbonilo.

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Metalación reductora de 1,2- diaril etenos

La reducción de estilbenos con el metal Na en THF seco permite un fácil acceso a diversos 1,2-diaril-1,2-diisodioetanos. Estos intermediarios diorganometalicos producen 1,2-diariletanos cuando son tratados con agua. (U. Azzena, G. Dettori, C. Lubinu, A. Mannu, L. Pisano, Tetrahedron, 2005, 61, 8663-8668.)

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Alternativamente, estos procesos, tienen una utilidad sintética importante, cuando los 1,2-diaril-1,2-diisodioetanos se tratan con 1,3-dicloropropanos, se producen, trans-1,2-diarilciclopentanos con buenos rendimientos

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Reducción con Diborano (B2H6)

La acción reductora del diborano (B2H6) disociado a BH3 en éter o THF, se observó por primera vez en las reacciones de adición a alquenos y alquinos. Esta sigue siendo una principal aplicación de este reactivo. Por otro lado, debido a los efectos de reducción rápida y completa de los ácidos carboxílicos, amidas y nitrilos, proporciona uno de los mejores métodos para reducir los ácidos carboxílicos a alcoholes primario, aparte del LiAlH4.

Alquenos: El diborano disuelto en THF, se adiciona reversiblemente a los alquenos y el compuesto de adición formado cuando se calienta en ácido acético (HAc), da origen a un compuesto saturado. Los compuestos, de adición de borano se pueden oxidar también como ya se vio con anterioridad en la formación de alcoholes.

Duan H., S. Sengupta, Petersen JL, NG Akhmedov, X. Shi, J. Am. Chem. Soc. , 2009, 131 , 12100-12102),

Los hidruros metálicos como reductores

Son especies que contienen H(-), con acción reductora vía transferencia de hidruro (H-). Generalmente no atacan los enlaces olefínicos en condiciones de reacción normales. Sin embargo se han producido algunos hidruros metálicos, para un uso selectivo.

2.3.1. Hidruro de diisobutilaluminio (DIBAL): Al[CH(CH3)2]2H.

Este hidruro, presenta una baja capacidad reductora y se caracteriza por poseer un gran volumen, sin embargo, es capaz de transformar los alquinos en alquenos, con estereoquímica Z.

En cambio, actúa también sobre los ésteres, lactonas, nitrilo y amidas, transformándolos en aldehídos.

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2.3.2. Silanos.

Una variedad importante de compuestos del silicio, denominados en general silanos, son una alternativa de reducción, para alquenos y alquinos, a través de dos mecanismos diferentes que utilizan por una parte la donación de hidruros (H-) o por otra el aporte de radicales (H.). Como puede verse en los siguientes ejemplos, con el trietilsilano (Et3SiH):

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En estas dos últimas reacciones, se muestra que el trietilsilano, en presencia de ácido trifluoroacético, reduce selectivamente a los dobles enlaces más sustituidos, de manera que por ejemplo, en las condiciones de la reacción no podrá reducirse 1-penteno.

Los ejemplos muestran cómo el tri-Etilsilano dispone de hidruros a través de una catálisis, por lo que puede hidrogenar tanto alquenos como alquinos hasta el correspondiente alcano. Estas son esencialmente reacciones de hidrosilación, en el que se elimina en un segundo paso el sustituto sililo con el solvente protonado.

2.3.3. Acción del Hidruro de aluminio.

Los compuestos alílicos, sufren una isomerización o reordenamiento del punto de insaturación, cuando son tratados los iluros de fósfor con AlH3, como puede verse a continuación:

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2.3.4. Resina de intercambio de borohidruro (BER).

La resina de intercambio de borohidruro (BER) es un reactivo conveniente para la reducción quimioselectiva de compuestos carbonílicos y también para la aminación reductora. Sin embargo la combinación BER–Ni2B ha demostrado ser un excelente agente quimioselectivo para la reducción de olefinas, halogenuros, azidas y los compuestos nitro en presencia de muchos otros grupos funcionales, tales como epóxidos, ésteres, amidas y nitrilos.

Por otra parte, la combinación BER-Cu es un reactivo elegido para la reducción de derivados del ácido alfa, beta-insaturados y N-óxidos de amina.

BER - Ni2B en metanol. Reducción selectiva de olefinas (N. M. Yoon, J. Choi y H. J. Lee, Bull Korean Chem. Soc. 14, 543 (1993)):

Se ha encontrado que el BER – Ni2B disuelto en metanol, presenta una hidrogenación selectiva de olefinas estructuralmente diferentes. Por ejemplo las olefinas monsustituidas se hidrogenan a 0ºC en presencia de olefinas disustituidas y/o trisustituidas y los ésteres insaturados se hidrogena a 65ºC sin afectar a las olefinas trisustituidas.

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Reducción catalizada por Rh/C.

Una hidrogenación completa de anillos aromáticos, en codiciones suaves, se logra utilizando como catalizador heterogéneo, 10% Rh/C, a una temperatura de 80°C en agua y a 5 atm de presión de H2. Este sistema reductor es aplicable a la hidrogenación de diversos compuestos heteroaromáticos como alquilbencenos, bifenilos, piridinas y furanos (Maegawa, A. Akashi, H. Sajiki, Synlett, 2006, 1440-1442).

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2.3.6. Reducción, catalizada por complejos de Ru.

2.3.6.1. NaH/Complejo de Ru. Complejos de carbeno de rutenio, son utilizados como catalizadores de metátesis y una hidrogenación posterior con hidruro de sodio, produciendo el cierre de anillo (RCM).

La hidrogenación de cyclopentenols se produce más fácilmente a temperatura ambiente y bajo 1 atm de hidrógeno en tolueno. B. Schmidt, M. Pohler, Org. Biomol. Chem., 2003, 1, 2512-2517.

2.3.6.2. H2/Ru(PPh3)2Cl2. Los catalizadores de rutenio se han utilizado en la preparación de haluros de alquilo lineales de cualquier longitud, a partir de haluros de alquenilo y materiales de bajo costo. Las reacciones utilizadas son transformaciones orgánicas estándar de olefinas de cadena lineal, con excelentes rendimientos, sin isomerizaciones y recuperación completa de los materiales de partida sin reaccionar.(T. W. Baughman, J. C. Sworen, K. B. Wagener, Tetrahedron, 2004, 60, 10943-10948)

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2.4. Halogenuros de alquilo y arilo como sustratos

La reducción de halogenuros de alquilo a los alcanos es una transformación práctica frecuente en muchas síntesis. El reactivo más común utilizado, es el Bu3SnH, que actúa a través de un mecanismo de radicales. Debido a la alta toxicidad de los reactivos de estaño y los problemas de separación de subproductos de estaño, formado conjuntamente los productos orgánicos deseados, se han buscado procedimientos alternativos de reducción, más amigables.

Los halógenos de una molécula orgánica se pueden sustituir por hidrógeno (reducción) de manera directa o indirecta. Así los procesos reductivos más comunes, son el uso de metales activos en medio ácidos o alcohólicos, las reacciones de sustitución nucleofílica de haluros, las reducciones con hidruro de litio y aluminio (LiAlH4), la acción directa de la aleación Ni-Al (Niquel – Raney), y la hidrogenación catalítica.

El orden de deshalogenación en los haluros de alquilo va paralelo a la energía del enlace entre el C-halógeno. Siendo por lo tanto rápida y con aplicación de poca energía para los ioduro de alquilo y sumamente difícil, para los fluoruros. Por otro lado la reactividad de los haluros de alquilo 1º, 2º y 3º, dependen de los reactivos empleados.

Descomposición de un compuesto de Grignard.

Se procede a la formación inicial de de un compuesto de Grignard con el haluro respectivo y la descomposición posterior del mismo con agua, para generar el hidrocarburo deshalogenado.

Reducción con metales (Método de la disolución de metales).

Los haluros orgánicos son reducidos por la reacción de un metal en presencia o ausencia de donadores de protón. Los metales comúnmente utilizados son los metales alcalinos (Li, Na, K, aleación de Na-K), los alcalinotérreos (Mg, Ca, Ba) y otros metales como el Zn, Fe, etc..

El método clásico que utiliza Na o Li en amoníaco líquido (Reducción de Birch) es efectivo para la deshalogenación reductora de haluros de arilo y vinilo. Este sistema igualmente es utilizado con buenos rendimientos, en la deshalogenación de haluros de ciclopropilo y haluros bicíclicos con puente.

Li o Na en Alcohol. Un método conveniente empleado para la deshalogenación de haluros de alquilo, es el uso del sistema: Li o Na en alcohol. Este método es efectivo no sólo para la reducción de halogenuros de alquilo simples, sino que también se utiliza para la reducción de halogenuros que contienen enlaces C=C, sin que los mismos sean afectados.

Se evita la utilización del NH3 líquido para la deshalogenación de los haluros de alquilo, en razón a que se presentan competitivamente las reacciones de acoplamiento de los grupos alquilo (reacción de Wurts).

Polvo de Zn en medio ácido o alcohólico. La reducción directa de un haluro de alquilo con cinc metálico y ácido, implica la sustitución de un átomo de halógeno X por un átomo de hidrógeno. En este proceso el esqueleto carbonado se mantiene intacto. Esta misma reacción puede efectuarse en medio de alcohol y catalizarla con cloruro de níquel (II), para mejorar los rendimientos.

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Otro aspecto interesante, que se presenta con el cinc en alcohol y NiCl2, es la deshalogenación parcial de haluros geminales:

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Deshalogenación por hidrogenaciónc atalítica

Se puede afirmar que la mayoría de los sistemas de hidrogenación catalítica, son capaces de abstraer el halógeno de los haluros de alquilo y arilo y sustituirlos por hidrógeno, como puede evidenciarse en los siguientes casos:

2.4.3.1. Deshalogenación con el sistema H2/Pd/C y otros. Este sistema, es también eficaz para reducir haluros de alquilo o cicloalquilo.

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La reacción de un haluro de alquilo o arilo, con H2, catalizado por dicloruro de paladio fijado sobre la superficie de un polímero, poli (N-vinil-2-pirrolidona) (PVP-PdCl2), presenta una alta actividad catalítica para la reducción de haluros orgánicos a presión atmosférica normal y en presencia de una base. (Zhang Yiping, Shijian Liao y Xu Yun 1994).

También es posible reducir haluros de arilo, utilizando como donador de protón al limoneno y calentando directamente con Pd/C. En estas condiciones es afectado el grupo -CN.

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2.4.3.2. Deshalogenación catalizada por platino

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2.4.3.3. Reducción con Niquel–Raney. El uso directo de esta aleación en medio básico, es capaz de separa los halógenos de los compuestos aromáticos, sin necesidad de una fuente de H2.

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2.4.3.4. Otras variantes de catálisis del niquel metálico. La exposición de cloruros de arilo (funcionalizados) a cantidades catalíticas de níquel sobre carbón en presencia de cantidades estequiométricas de Me2NH • BH3/K2CO3 y reflujadas en acetonitrilo, conduce a la formación de los arenos deshalogenados con excelentes rendimientos. (B. H. Lipshutz, T. Tomioka, K. Sato, Synlett, 2001, 970-973).

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2.4.3.5. Reducción con hidruros de cobre (CuH). Otro metal utilizado con mucha frecuencia es el Cu. El sistema reductor se prepara con CuI y LiAlH(OMe)3, que origina in situ, a temperatura ambiente el hidruro cuproso (CuH) necesario para la reducción de los haluros. Otras variantes de estos sistemas reductores que también proporcionan CuH, son las siguientes: LiCuH(n-C4H9), (KCuH2)n, LinCuH(n+1), utilizando como solvente THF. El sustrato en estos procesos de reducción mantiene su estructura sin ninguna variación, lo que no ocurre por ejemplo en la reducción de alcoholes o sus ésteres tosilatos.

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2.4.3.6. HI catalizada por P4 (rojo).

Actúa sobre haluros de alquilo 1º y 2º.

Reducción con cianoborohidruro de sodio (NaBH3CN).

Los haluros de alquilo 1º y 2º, pueden ser reducidos al alcano correspondiente con NaBH3CN, disuelto en Hexametilfosforico triamida (HMPA), este mismo sistema puede también reducir a los tosilatos, ésteres de los alcoholes a los correspondientes alcanos.

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La selectividad superior de esta reacción de desplazamiento reductor se demuestra por la inercia de casi todos los otros grupos funcionales como éster, amida, nitro, cloro, ciano, alqueno y aldehídos al reactivo utilizado.

Esta selectividad se vuelve aún más pronunciada cuando se utiliza cianoborohidruro de tetrabutilamonio.

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Reducción con Silanos.

De hecho, una variedad de derivados del silano han demostrado ser eficaces reductores, no sólo como donantes de hidruro, sino también como agentes de transferencia de átomo de hidrógeno en reacciones de radicales.

Algunos de los silanos que se han empleado para reducir varios grupos funcionales son: trietilsilano, fenilsilano, difenilsilano, difenilclorosilano, triclorosilano, tetrafenildisilano (TPDS) y tris (trimetilsilil) silano (Me3Si)3SiH (TTMS).

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Tabla Nº 5. Peróxidos iniciadores de radicales

El proceso requiere de un iniciador de radicales y un catalizador. Los iniciadores de radicales tradicionalmente utilizados, se los consigue a través de la termólisis de varios peróxidos, como puede verse en la tabla 6. Se han desarrollado varios iniciadores de radicales modernos, para mejorar los rendimientos de las síntesis, de los cuales se mencionan a un grupo importante de compuestos:

No

Acrónimo

Nombre

t1/2

1

AIBN

2",2"-azobisisobutironitrilo

1 h a 81 ºC

10 h a 65 ºC

En tolueno

2

AMVN

2",2"–azobis–(4–metoxi)–3,4-dimetil valeronitrilo

1 h a 56 ºC

10 h a 33 ºC

En tolueno

3

APPH

2",2"-azobis-(2-metilpropionamidina)dihidro clorhídrico

10 h a 56 ºC

en agua

Tabla No 6. Inciadores de radicales modernos

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2.4.5.1. Trietilsilano (Et3SiH). Halogenuros de alquilo primario, secundario y terciario RX (X = Cl, Br o I) saturados, se reducen a las correspondientes alcanos RH con rendimientos esencialmente cuantitativos con trietilsilano, reflujando con hexano o ciclohexano en presencia de un iniciador de radicales y un catalizador adecuado como un alcanotiol (RSH).

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En cambio, la deshalogenación del 4-bromobutanoato de etilo, transcurre con la sustitución del bromo por H, sin que el grupo éster (–COOEt) sea afectado y se forme el butanoato de etilo. Si la deshalogenación de haluros de alquilo o arilo con trietilsilano, se lleva a cabo con la catálisis de PdCl2 en condiciones leves, la reducción es más eficaz y la presencia de otros grupos funcionales como éteres o ésteres no interfieren en el resultado de la reacción.

Los trieetilsilanos, también son catalizados por ácidos de Lewis, para mejorar los rendimientos de la reducción:

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Por otro lado, Jian Yang y Maurice Brookhart, de la Universidad de Carolina del Norte, han descubierto y desarrollado un procedimiento muy eficiente y amigable del medio ambiente para la reducción de los diferentes halogenuros de alquilo, utilizando Et3SiH acompañado de catalizadores catiónicos de Iridio. Así por ejemplo el diclorometano es reducido rápidamente a metano. Además, este procedimiento, prácticamente no requiere de solventes y la carga del catalizador no sobrepasa en peso el 0.03%

Tris-(trimetilsilil)silano. (Me3Si)3SiH(TTMS). Este silano es un buen agente de transferencia de hidrógeno en las reacciones de radicales, debido a la baja energía de disociación (79,0 Kcal/mol) del enlace (TMS)3Si–H.

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Los ejemplos, muestran que el sistema reductivo (TMS)3SiH/iniciador de radicales, no afecta a otros grupos susceptibles de reducción como los enlaces olefínicos, grupos aromáticos, amidas, nitrilos y ésteres.

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2.4.5.3.??Polimetilhidrosilano (PMHS)/Pd. En contraste con la mayoría de los reactivos silano descritos anteriormente, el polimetilhidrosilano (PMHS) es un reactivo relativamente barato y no tóxico; estable al aire y la humedad ambiente, que ha demostrado ser un eficaz agente reductor hidruro para muchos grupos funcionales comunes.

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2.4.5.4. Reducción de haluros con hidrosilanos catalizada por sales de Indio. Los hidrosilanos acompañados por la acción catalítica del acetato de indio, producen la deshalogenación de los haluros de alquilo, esta reacción de reducción procede por radicales, la misma ha sido comunicada por: K. Miura, M. Tomita, Y. Yamada, A. Hosomi, J. Org. Chem., 2007, 72, 787-792.

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Reducción con hidruro de diisobutilaluminio (DIBAL).

Los bromuros de alquilo secundarios se reducen con hidruro de diisobutilaluminio y cloruro de etilmagnesio, en presencia de catalizadores de Pd metálico con difosfina (H2PPH2).

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2.4.7. Agentes reductores derivados de Indio

2.4.7.1. Acetato de indio: In(AcO)3 . En cambio el acetato de indio, se utiliza como catalizador en la reducción de bromo y iodoalcanos con PhSiH3 en THF a 70º C con rendimientos altos en la formación de alcanos en presencia de Et3B y aire.

Asimismo se ha probado la acción de la 2,6-lutidina como aditivo, permitiendo una reducción eficaz de iodoalcanos simples y funcionalizados en EtOH.

Finalmente también se probó que el GaCl3 resultó ser un catalizador eficaz para la reducción de haloalcanos con poli (metilhidrosiloxano).

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Tabla No. 7 Reducción de haluros con PhSiH3 cat. por In(AcO)3.

2.4.7.2. Hidruro de dicloro indio (Cl2InH). El Hidruro de Dicloro indio (Cl2InH) generado in situ a partir de la combinación de una cantidad catalítica de indio (III), cloruro y borohidruro de sodio en acetonitrilo, reduce a los vic-dibromuros activados, al correspondiente (E)-alquenos, con excelentes rendimientos.

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Tabla No.8. Productos de reducción de vicdihaluros con NaBH4 cat. por InCl3

Reducción con resina de intercambio de borohidruro (BER).

La resina de intercambio de borohidruro (BER) combinada con sales de níquel, como por ejemplo acetato de níquel BER–Ni(AcO)2 es un excelente agente quimioselectivo para la reducción de halogenuros de alquilo y arilo y grupos nitro en presencia de muchos otros grupos funcionales sensibles a otros reductores, tales como epóxidos, ésteres, amidas, y olefinas.

 

Reducción con Ioduro de Samario (SmI2).

Los haluros de alquilo, alquenilo y arilo, pueden sufrir sustitución de sus átomos de halógeno, por hidrógeno, cuando estos haluros se hacen reaccionar con ioduro de samario (II) en presencia de un alcohol, como solvente y donador de protón y como co-solvente HMPA.

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El THF, es uno de los disolventes, que permite que la reducción transcurra a través de intermediarios radicales. El HMPA utilizado como co-solvente, normalmente coadyuva a la formación de mayor producto. Un probable mecanismo de la reacción puede ser el siguiente:

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Los haluros de alquilo son reducidos por ioduro de Samario. Las condiciones de la reducción son compatibles con una variedad de grupos funcionales, incluyendo alcoholes, arenos, alquenos y ésteres.

Los haluros de arilo son reducidos al correspondiente compuesto aromático, libre de halógenos.

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Reducción con éster de Hantzch, por catálisis fotoreductiva.

Un método de reducción conveniente de haluros de alquilo, que no utilice el estaño en dicho propósito, lo constituye la fotoreducción de un haluro de alquilo. La transferencia electrónica se produce por la acción catalítica de la radiación y Ru(bpy)3Cl2. Como fuente de hidrógeno se utiliza el ácido fórmico o el éster de Hantzch.

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Tabla No.9. Reduccción quimioselectiva de haluros de alquilo y areno

Reducción con HCOONH4, catalizado por PdMCM–41.

El MCM-41 (Material móvil cristalino), es un silicato (SiO2) amorfo de porosidad excepcional (mesoporoso), que forman canales hexagonales, los cuales pueden variarse de acuerdo a los requerimientos de la reacción, de 2 a 10 nm. El Pd metálico se extiende sobre el silicato, (PdMCM–41), para formar tamices moleculares mesoporosos y así, mejorar sus propiedades catalíticas, proporcionado de este modo un nuevo método eficiente y respetuoso del medio ambiente.

El catalizador PdMCM-41 se utiliza para reducir eficientemente halogenuros de arilo, nitroarenos y propiciar la fragmentación de compuestos azoicos, por el método denominado hidrogenación catalítica de transferencia (CTH). Este catalizador puede ser utilizado hasta tres veces sin disminuir sus rendimientos y su recuperación es también simple, según indican P. Selvam, S. K. Mohapatra, S. U. Sonavane and R. V. Jayaram, en su comunicación del 2003, en una publicación del Departamento de Química del Instituto de Tecnología de Bombay, Powai, Mumbai de la India.

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Reducción con Hidruro de litio y aluminio (LiAlH4).

Partes: 1, 2, 3, 4


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