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Handout Moderne Oxidationsmethoden, Maik Siebke, 14.05.2012

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<strong>Handout</strong> zum Vortrag<br />

<strong>Moderne</strong> Oxidationen<br />

<strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> (<strong>14.05.2012</strong>)<br />

1. Oxidationen von primären und sekundären Alkoholen zu Carbonylen 2<br />

1.1. Metalloxide 2<br />

1.1.1. Vor- und Nachteile von Metalloxiden 2<br />

1.1.2. Einíge gebräuchliche Reagenzien 2<br />

1.1.3. Crom(VI)-Reagenzien 3<br />

1.1.3.1. Allgemeiner Mechanismus 3<br />

1.1.3.2. Überoxidation 4<br />

1.1.3.3. Reaktionsbeispiele 4<br />

1.1.4. TPAP-Tetrapropylammoniumperruthenat 5<br />

1.1.4.1. Katalysezyklus der „Ley Methode“ 5<br />

1.1.4.2. Anwendungsbeispiel 5<br />

1.2. „Aktiviertes“ Dimethylsulfoxid 6<br />

1.2.1. Rahmenbedingungen für verwendete Elektrophile 6<br />

1.2.2. Swern-Oxidation 6<br />

1.2.3. Moffatt-Oxidation 7<br />

1.2.4. Parikh-Doering-Oxidation 7<br />

1.2.5. Reaktionsbeispiel 7<br />

1.3. Oxidation mit Hypervalenten Iod-Verbindungen (IBX, DMP) 8<br />

1.3.1. Darstellung von IBX und DMP 8<br />

1.3.2. Mechanismus IBX-Oxidation 8<br />

1.3.3. Mechanismus DMP-Oxidation 9<br />

1.3.4. Anwendungsbeispiel und weitere Oxidationen mit IBX 9<br />

1.4. TEMPO-Oxidation 12<br />

1.4.1. Mechanismus 12<br />

2. Weitere Oxidationen 13<br />

2.1. Wessely Oxidation 13<br />

2.1.1. Mechanismus 13<br />

2.1.2. Anwendungsbeispiel 13<br />

2.2. DDQ Oxidation 13<br />

2.2.1. Mechanismus 13<br />

2.2.2. Anwendungsbeispiel 13<br />

3. Quellenverzeichnis 14


1 Oxidationen von primären und sekundären Alkoholen zu Carbonylen<br />

1.1. Metalloxide<br />

1.1.1 Vor- und Nachteile von Metalloxiden<br />

Metalloxide sind wohl die ältesten bekannten Oxidationsmittel. Sie werden auch heute<br />

noch häufig verwendet, da sie in der Regel gut wasserlöslich sind oder als Feststoff aus<br />

organischen Lösungsmitteln ausfallen und abfiltriert werden können. Oxidationsmittel auf<br />

Chrom- (Cr) oder Manganbasis (Mn) sind außerdem günstig kommerziell zu erwerben<br />

(Tabelle 1). Die Ausnahme bilden Übergangsmetalle wie Ruthenium (Ru), welche aufgrund<br />

ihrer hohen Preise katalytisch eingesetzt werden müssen.<br />

Tabelle 1: Preise typischer metallischer Oxide<br />

MnO2 500 g 30 - 100 €*<br />

Pyridiniumchlorochromat<br />

PCC<br />

500 g 118 €*<br />

Ru(III)-Chlorid 10 g 498 €*<br />

* Preise nach Sigma Aldrich (Stand 08.05.2012)<br />

Zu den herausstechensten Nachteilen der Metalloxide zählt deren allgmeine Toxizität. So<br />

sind Crom(VI)-Verbindungen bekanntermaßen cancerogen. Des Weiteren sind unter<br />

Umständen Entsorgungsschritte wie Reduktion und Fällung nötig, was eine zusätzliche<br />

zeitliche Belastung bei Verwendung dieser Oxidationsmittel bedeutet Außerdem sind<br />

Oxidationen mit Metalloxiden in der Regel anfällig für Feuchtigkeit (Überoxidation s.u.).<br />

1.1.2. Einíge gebräuchliche Reagenzien<br />

• Pyridiniumchlorochromat (PCC)<br />

• Pyridiumdichromat (PDC)<br />

• Crom(VI)-oxid-Pyridin-Komplex (py2 · CrO3- „Collins-Reagenz“)<br />

• Tetrapropylammoniumperruthenat(VII) (TPAP)<br />

• Mangan(IV)-oxid MnO2<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 2


1.1.3. Chrom(VI)-Reagenzien<br />

1.1.3.1. Allgemeiner Mechanismus 1.a)<br />

Oxidationen von Alkoholen an Metalloxiden bzw. den entsprechenden Metallsäuren und<br />

deren Derivaten verlaufen über allgemeingültige Mechanismen.<br />

Mechanismus 1 kann daher als Paradebeispiel für Oxidationen mit Metalloxiden dienen.<br />

Der Mechanismus beginnt mit der Bildung einer Esterbindung. Jene wird durch Addition<br />

O<br />

+6<br />

+6<br />

+<br />

O Cr<br />

O<br />

R -X<br />

2<br />

R 1<br />

H O O<br />

Cr<br />

O O<br />

H<br />

R 2<br />

R 1<br />

OH<br />

H R 2<br />

R 1<br />

OH<br />

(z. B. Collins-Reag.)<br />

H<br />

Mechanismus 1: links: Oxidation über das Metalloxid; rechts: Oxidation über das Säurechlorid.<br />

eines Alkohols an das Metalloxid (Mech. 1, links) oder durch einen Additions-<br />

Eliminierungs-Mechanismus bei Säuren und deren Derivaten erzeugt (Mech. 1, rechts).<br />

Über einen ringförmigen Übergangszustand (Mech.1, mitte-oben) wird dann der Alkohol<br />

oxidiert und der Chromsäureester zu einer Chrom(IV)-Spezies reduziert. Diese ist nicht<br />

stabil und wird im weiteren Verlauf der Reaktion über zwei mögliche Wege zum stabileren<br />

Chrom(III)-oxid bzw. Chrom(III)-hydroxid abgebaut. Der erste denkbare Weg führt über die<br />

folgende Disproportionierung:<br />

+4<br />

3 CrO(OH) 2<br />

Die Alternative sieht dagegen eine direkte Beteiligung der Chrom(IV)-Spezies an der<br />

Oxidation vor (Mech. 2). Denkbar wäre demnach, dass die instabile CrO(OH)2-Spezeis II<br />

+4<br />

CrO(OH) 2<br />

II<br />

R 1<br />

O<br />

Disprop.<br />

+3 +6<br />

Cr2O3 + CrO2(OH) 2 + 2 H2O +6<br />

CrO3 R<br />

+3<br />

1/2 Cr2O3 + 3/2 H2O +5<br />

CrO2OH +<br />

Mechanismus 2: Alternativer Mechanismus zum Abbau der Cr(IV)-Spezies.<br />

2<br />

R 1<br />

OH<br />

H R 2<br />

R 1<br />

OH<br />

R 2<br />

R 1<br />

I<br />

IV<br />

III<br />

VI<br />

OH<br />

H<br />

R 2<br />

+<br />

+3<br />

Cr(OH) 3<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 3<br />

H<br />

O +4 O<br />

Cr<br />

O<br />

V<br />

H<br />

R 1<br />

+<br />

O<br />

R 2<br />

O +6 O<br />

Cr<br />

X O<br />

(z.B. PCC)<br />

VII


in einem Einzel-Elektronen-Übertragungsschritt (SET) das zur OH-Gruppe geminale H-<br />

Atom eines Alkohols I abstrahiert und dadurch in ein stabileres Chrom(III)-Oxid III<br />

übergeht. Ein so freigesetztes Radikal IV wird dann in einem weiteren SET durch eine<br />

Chrom(VI)-Spezies V zum Carbonyl VII aufoxidiert. Auf diese entstandene Chrom(V)-<br />

Spezies VI oxidiert dann analog zu Mech. 1 einen weiteres Alkohol-Molekül zum Carbonyl,<br />

wobei wiederum eine Chrom(III)-Spezies entsteht.<br />

1.1.3.2. Überoxidation<br />

Die Überoxidation von primären Alkoholen zu Carbonsäuren bei Anwesenheit von Wasser<br />

ist ein Phänomen, dass bei den meisten Metalloxid-Reagenzien anzutreffen ist. Ein durch<br />

besagten Mechanismus (siehe 1.1.3.1) freigesetzter Aldehyd (Mech.3, I) steht in diesem<br />

Fall mit seinem Hydrat im Gleichgewicht (Mech. 3, II). Das Hydrat besitzt eine<br />

vergleichbare Geometrie wie auch der primäre Alkohol und bildet daher mit dem Metalloxid<br />

einen dem Mechanismus 1 analogen Ester (Mech. 3, III), aus dem die Carbonsäure<br />

freigesetzt wird. Durch Einsatz wasserentziehender Mittel (Molsieb) wird eine<br />

Überoxidation vermieden.<br />

R<br />

H2O +<br />

O<br />

+6<br />

O Cr<br />

O<br />

Mechanismus 3: Überoxidation bei Anwesenheit von Wasser.<br />

1<br />

O<br />

H<br />

R<br />

HO<br />

1<br />

OH<br />

H<br />

+6<br />

R<br />

HO<br />

1<br />

H O O<br />

Cr<br />

O O<br />

H<br />

+<br />

R 1<br />

I II III<br />

H O +4 O<br />

O Cr<br />

O<br />

OH<br />

H<br />

IV<br />

1.1.3.3. Anwendungsbeispiele<br />

• M. E. Weiss, E. M. Carreira, Angew. Chem. 2011, 123, 11703-11707.<br />

• W. J. Moore et al.: Oxidative Umlagerung mit PCC 3)<br />

PhS<br />

PhS<br />

I<br />

OH<br />

R R<br />

H O +6<br />

Cr<br />

O<br />

O O<br />

R R<br />

PCC-SiO 2, CH 2Cl 2,<br />

Unltraschall, RT, 1 h<br />

83 %<br />

II III<br />

Reaktion 1: Oxidative Umlagerung<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 4<br />

PhS<br />

PhS<br />

R R<br />

R R<br />

PCC Oxidation<br />

IV<br />

O<br />

H O +6<br />

Cr<br />

O<br />

O O


◦ normalerweise Nebenreaktion bei der Oxidation von Allyalkoholen<br />

◦ hier: gezielte Umwandlung von ungesätigten tertiären Carbinolen (Reak. 1, I) zu<br />

ungesättigten Enonen (Reak. 1, IV)<br />

◦ Schritt 1: Dissoziation des Cromsäurehalbesters (Reaktion 1, I) in Allykation und<br />

Hydrogenchromatanion (Reak. 1, II)<br />

◦ Schritt 2: nucleophiler Angriff des Säureanion auf sekundäres Carbokation mit<br />

anschließender Oxidation (Reak.1, III)<br />

1.1.4. TPAP – Tetrapropylammoniumperruthenat(VII)<br />

1.1.4.1. Katalysezyklus der „Ley-Methode“ 1b)<br />

In Analogie zu den bereits erwähnten Chromsäurechloriden (1.1.3.1) bildet das<br />

Perruthenatanion mit dem Alkohol I (Mech. 1) über einen Additions-Eliminierungsmechanismus<br />

(Mech. 4, II) den Säureester III aus. In einen ringförmigen<br />

Übergangangszustand zerfällt dieser anschließend in das Carbonyl IV und die<br />

Ruthenium(V)-Spezies V. Eine Regeneration des Perruthenatanions wird nach der<br />

Methode von Ley et al. 5) über die Verwendung von N-Methylmorpholin-N-oxid (NMO) als<br />

Co-Oxidationsmittel erreicht. Alternativ wird auch Sauerstoff als umweltfreundliches Co-<br />

H<br />

HO<br />

I<br />

H H<br />

R<br />

O<br />

O O<br />

+7 Ru<br />

HO O<br />

cat.<br />

H 3C<br />

H H<br />

Mechanismus 4: Katalysezyklus des TPAP.<br />

Oxidans verwendet 4) , was die Aufarbeitung erleichtert. Mit NMO-System vergleichbare<br />

Ausbeuten sind aber nur bei Einsatz der zwanzigfachen Katalysatormenge (10 mol %)<br />

möglich, da der Katalysator unter den gewählten Bedingungen inhierbiert wird.<br />

1.1.4.2. Anwendungsbeispiele<br />

N<br />

II<br />

• S. V. Ley et. al., Angew. Chem. 2007, 119, 597-603.<br />

R<br />

O<br />

OH<br />

O O<br />

+7 Ru<br />

O O<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 5<br />

III<br />

H H<br />

R<br />

H 3C<br />

O<br />

O<br />

V<br />

N<br />

+5<br />

Ru<br />

OH<br />

O<br />

O<br />

O<br />

H<br />

R<br />

stöch. co-Ox.:<br />

NMO 1, O 2<br />

N-Methylmorpholin-N-oxid 1<br />

IV


1.2. „Aktiviertes“ Dimethylsulfoxid<br />

1.2.1. Rahmenbedingungen für verwendete Elektrophile 7)<br />

Für den erfolgreichen Einsatz von Dimethylsulfoxid (DMSO) als Oxidationsmittel muss<br />

dieses zunächst über ein sauerstoffaffines Elektrophil aktiviert werden. Swern et al. 7)<br />

postulieren, dass die Bildung der aktivierten Spezies (Mech. 5, I) bereits bei Temperaturen<br />

um -60 °C quantitativ erfolgen sollte, um bei höheren Temperaturen auftretende<br />

Nebenreaktionen wie die Pummerer-Umlagerung zu unterdrücken (Mech. 5). Diese<br />

beinhaltet die Eliminierung des Alkohols aus dem Sulfoxoniumkation II. Der Alkohol kann<br />

anschließend nucleophil die entstandene Thiocarbonylfunktion unter Bildung eines<br />

Monothioacetals angreifen.<br />

E<br />

O<br />

S<br />

CH3 CH3 aktivierte<br />

Spezies I<br />

ROH<br />

CH3 R<br />

O<br />

S<br />

CH2 H<br />

II<br />

T > -5 °C<br />

CH3 H<br />

O<br />

S<br />

CH2<br />

III<br />

R<br />

CH3 S OR<br />

CH2<br />

IV<br />

Mechanismus 5: Aktive Spezies und Pummerer Umlagerung<br />

1.2.2. Swern-Oxidation 1.c)<br />

In dieser Variante der DMSO-basierten Oxidationen dient Oxalylchlorid (COCl) 2 als<br />

aktivierendes Elektrophil. Dieses reagiert zunächst mit dem DMSO zum instabilen<br />

Sulfonium-Salz II (Mech. 6), welches anschließend vermutlich über einen Additions-<br />

Eliminierungsmechanismus mit einem Chlorid-Anion unter Abspaltung von CO2 und CO in<br />

das Slufoniumsalz III übergeht. Ein nucleophiler Angriff des zu oxidierenden Alkohols führt<br />

zum Sulfoniumsalz IV, wobei Salzsäure frei wird, welche in der Regel über Triethylamin<br />

(TEA) gepuffert wird. Ein weiteres Äquivalent Base deprotoniert Sulfoniumsalz IV zum<br />

CH 3<br />

O<br />

S<br />

CH 3<br />

Cl<br />

O<br />

O<br />

Cl<br />

CH 3<br />

I II<br />

R<br />

O H<br />

CH3 S<br />

CH3 + Cl<br />

Mechanismus 6: Mechanismus der Swern-Oxidation<br />

H<br />

O H<br />

Et3N CH3<br />

S<br />

CH2<br />

-Et3NHCl H<br />

O<br />

R H<br />

-Me2S<br />

VI<br />

Sulfoniumylid V Sulfoniumsalz IV<br />

O<br />

S<br />

O<br />

CH 3<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 6<br />

O<br />

+ Cl<br />

Cl<br />

-CO2, -CO<br />

RCH 2OH RCH 2OH<br />

CH 3<br />

-CO2, -CO, - HCl - HCl<br />

R<br />

Cl<br />

S<br />

III<br />

+ Cl<br />

CH 3


elektroneutralen Sulfoniumylid V, welches dann in einem ringförmigen Übergangszustand<br />

den Alkohol oxidiert. Als Abfallpodukt entsteht das giftige und geruchsbelästigende<br />

Diemethylsulfid, weshalb die Reaktion nicht im industriellen Maßstab durchgeführt wird.<br />

Die Vorteile der Swern-Variante sind vor Allem die relativ leichte Aufarbeitung, da das<br />

Elektrophil gasförmige Nebenprodukte ergibt. Die Reaktion erfolgt unter basischen<br />

Bedingungen.<br />

1.2.3. Moffat-Oxidation 8)<br />

Die Aktivierung des DMSO erfolgt über das aus β-Lactam-Synthese bekannte<br />

Dicyclohexylcarbondiimid (DCC), wodurch als Abgangsgruppe ein Harnstoffderivat<br />

entsteht. Intermediär frei werdende Amidanionen sind basisch genug um die Depronierung<br />

zum Sulfoniumylid ohne weiteren Basenzusatz durchzuführen, wodurch die Reaktion unter<br />

pH-neutralen Bedingungen durchgeführt werden kann. Die Moffatt-Oxidation ist somit die<br />

wohl schonendste DMSO basierte Oxidation. Von Nachteil ist, dass das Harnstoffderivat<br />

zu Trennproblemen in der Flash-Chromatographie führen kann.<br />

CH 3<br />

O<br />

S<br />

CH 3<br />

DCC<br />

CH 3<br />

Mechanismus 7: Moffatt-Oxidation<br />

1.2.4. Parikh-Doering-Oxidation 9)<br />

Das Elektrophil stellt hier als Pyridin-Komplex eingesetztes Schwefeltrioxid dar. Als<br />

Abgangsgruppe entsteht somit ein Sulfat-Anion, dass hinter in der Aufarbeitung leicht<br />

abtrennbar ist. Ebenso wie bei der Swern-Oxidation dient TEA als Base.<br />

O<br />

SO 3-py<br />

1.2.5. Anwendungsbeispiel<br />

cy N cy<br />

N<br />

O<br />

• H. Lin, S. J. Danishefski, Angew. Chem. 2003, 115, 38-53.<br />

S<br />

O O<br />

S<br />

O O<br />

CH3 S<br />

CH3 CH3 S<br />

CH3 Mechanismus 8: Parikh-Doering-Variante<br />

CH 3<br />

RCH 2OH<br />

-pyHSO4<br />

RCH 2OH<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 7<br />

CH 3<br />

CH 3<br />

O<br />

S<br />

O<br />

S<br />

R<br />

H H<br />

CH 3<br />

+<br />

O<br />

N NH<br />

cy cy<br />

ab hier analog Swern<br />

R<br />

H H<br />

CH 3<br />

Et3N<br />

Sulfoniumylid


1.3. Oxidationen mit hypervalenten Iodverbindungen (IBX, DMP)<br />

2-Iodoxybenzoesäure (IBX) und Dess-Martin-Periodinan (DMP) sind die bekanntesten<br />

Vertreter hypervalenter Iodverbindungen, welche in der Lage sind unter sehr schonenden<br />

Bedingungen primäre und sekundäre Alkohole zu Carbonylen aufzuoxidieren.<br />

1.3.1. Darstellung von IBX 11) und DMP 12)<br />

Die Darstellung von IBX (Reak. 2) geht von der 2-Iodbenzoesäure aus. Als<br />

Oxidationsmittel dient das Oxone ® , ein als Triple-Salz käufliches<br />

Kaliumhydrogenperoxosulfat KHSO5. IBX ist abgesehen von DMSO in den meisten<br />

Lösungsmitteln nahezu unlöslich, weshalb es häufig mit Essigsäureanhydrid in Essigsäure<br />

weiter zum Dess-Martin-Periodinan (DMP) umgesetzt wird. Dieses besitzt gegenüber dem<br />

IBX ein wesentlich vorteilhafteres Löseverhalten.<br />

I<br />

O<br />

OH<br />

2-Iodbenzbenzoesäure<br />

Oxone ® , H 2O<br />

RT<br />

Oxone<br />

Reaktion 2: Darstellung von IBX und DMP.<br />

® : 2KHSO5 · KHSO4 · K2SO4 1.3.2. Mechanismus der IBX-Oxidation 13)<br />

Der Mechanismus der IBX-Oxidation ähnelt dem der Metalloxide. So bildet das IBX<br />

(Mech. 9, I) wahrscheinlich über einen Additions-Eliminierungsmechanismus den<br />

Iodsäureester II, der in Analogie zu den Metalloxiden über einen ringförmigen<br />

Übergangszustand in das Carbonyl und eine Iod(III)-Spezies (Mech. 9, III) zerfällt.<br />

O +5<br />

I<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

RCH 2OH<br />

H 2O<br />

O +5<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 8<br />

I<br />

O<br />

OH<br />

O<br />

2-Iodoxybenzoesäure<br />

(IBX)<br />

Ac 2O, AcOH,<br />

100 °C<br />

IBX I<br />

Mechanismus 9: IBX-Oxidation.<br />

II III<br />

H<br />

H<br />

O<br />

I<br />

+5<br />

O<br />

O<br />

R<br />

O<br />

O<br />

R H<br />

+<br />

AcO +5<br />

I<br />

O<br />

OAc<br />

O<br />

OAc<br />

Dess-Martin-Periodinan<br />

(DMP)<br />

+3<br />

OH<br />

I<br />

O<br />

O


1.3.3. Mechanismus der DMP-Oxidation 1.d)<br />

Das DMP führt einen „schrittweisen“ Ligandenaustausch durch, bei dem zuerst ein Acetat-<br />

Rest abgespalten und anschließend durch den Alkohol ersetzt wird (Mech. 10, II).<br />

Erneutes Abspalten eines Acetat-Restes führt dann zu der kationischen Spezies III, aus<br />

welcher letztendlich das Carbonyl und eine Iod(III)-Spezies freigesetzt werden<br />

(Mech. 10, IV).<br />

AcO +5<br />

I<br />

O<br />

DMP I<br />

O<br />

R H<br />

OAc<br />

1.3.4. Anwendungsbeispiele und weitere Oxidationen mit IBX 14)<br />

• Oxidation von Alkoholen zu Carbonylen:<br />

O<br />

+<br />

HN<br />

OAc<br />

IV<br />

Mechanismus 10: DMP-Oxidation<br />

HO<br />

O<br />

O<br />

+3<br />

5<br />

RCH 2OH<br />

OAc<br />

I<br />

O<br />

1. Äq. IBX<br />

DMSO<br />

25°C<br />

100 %<br />

A<br />

Reaktion 3: Oxidation eines Alkohols mit IBX.<br />

O<br />

AcOH<br />

-AcOH<br />

AcO +5<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 9<br />

+5<br />

HN<br />

B<br />

OAc<br />

I O<br />

O<br />

III<br />

O<br />

I<br />

O<br />

OAc<br />

O<br />

O<br />

O<br />

O<br />

O<br />

II<br />

H<br />

5<br />

H<br />

R<br />

H<br />

R<br />

H<br />

OAc


• Oxidationen von Carbonylen zu α,β-ungesättigten Carbonylen<br />

◦ vinyloger Mechanismus ausgehend vom Enolat<br />

HN<br />

O<br />

O<br />

5<br />

O<br />

O<br />

O<br />

O<br />

B I<br />

O<br />

C<br />

O<br />

Reaktion 4: Oxidation eines Aldehyds zum α,β-ungesättigten Carbonyl über einen vinylogen<br />

Mechanismus.<br />

• Oxidationen von Benzylpositionen zu Carbonylen<br />

HN<br />

O<br />

O<br />

O<br />

5<br />

2 Äq. IBX<br />

PhF, DMSO<br />

65 °C, 5 h<br />

85 %<br />

3 Äq. IBX<br />

DMSO<br />

90 °C, 2 h<br />

76 %<br />

C<br />

Reaktion 5: Oxidation der benzylischen Position<br />

◦ Möglicher Mechanismus über SETs (Mech. 11): 15)<br />

◦ Iod(V)-Spezies geht durch Abstraktion eines H-Atoms zur Iod(IV)-Spezies über<br />

und setzt dabei ein Benzylradikal frei (Mech. 11, I u. II).<br />

◦ Iod(IV)-Spezies eliminiert H2O und oxidiert Benzylradikal zum Benzylkation<br />

(Mech. 11, III u. IV).<br />

◦ Benzylkation wird durch H2O abgefangen (Mech. 11, V).<br />

◦ weitere Aufoxidation des entstandenen Alkohols zum Carbonyl (Mech. 11, VI).<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 10<br />

R<br />

H<br />

O<br />

HN<br />

D<br />

O<br />

O<br />

O<br />

HN<br />

5<br />

O<br />

O<br />

5


HO +5<br />

I<br />

O<br />

O<br />

O<br />

+<br />

H<br />

Mechanismus 11: Möglicher Mechanismus zur Oxidation der Benzylischen Position mit IBX. 15)<br />

• Oxidative Ringschlüsse mit ungesättigten Aniliden (Reak. 6)<br />

O<br />

O<br />

HO +4<br />

I<br />

OH<br />

◦ IBX-THF-Komplex radikalisiert Anilid D<br />

◦ Intramolekularer Angriff des Radikals auf Doppelbindung führt zum Ringschluss<br />

◦ Abstraktion eines H-Atoms vom Lösungsmittel ergibt E<br />

HN<br />

D<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 11<br />

O<br />

O<br />

O<br />

I II III<br />

VI<br />

O<br />

O<br />

O<br />

5<br />

1. IBX-THF (SET)<br />

2. - H +<br />

+ IBX<br />

OH<br />

I<br />

O<br />

O<br />

+3<br />

OH<br />

I<br />

O<br />

O<br />

V<br />

+<br />

+<br />

OH<br />

2.2 Äq. IBX<br />

THF/DMSO (10:1)<br />

85 °C, 8 h<br />

Reaktion 6: Oxidativer Ringschluss von ungesättigten Aniliden<br />

N<br />

O<br />

74 %<br />

N<br />

-H 2O<br />

O<br />

+H2O<br />

O<br />

+4<br />

H<br />

+3<br />

O<br />

I<br />

O<br />

I<br />

O<br />

H<br />

N<br />

1. Cyclisierung<br />

2. + H<br />

O<br />

O<br />

O<br />

E<br />

IV<br />

+<br />

+<br />

O<br />

O<br />

5


1.4. TEMPO-Oxidation<br />

Diese schonende Oxidation bedient sich einer katalytischen Menge an 2,2,6,6-<br />

Tetramethylpiperidin-N-Oxyl (TEMPO) im Zusammenhang mit einer stöchiometrischen<br />

Menge an Natriumhypochlorid als Co-Oxidans (Mech. 12). Die Reaktion wird in einem<br />

Zweiphasen-System durchgeführt.<br />

1.4.1. Mechanismus 1.e)<br />

Anders als der Name vermuten lässt, beginnt die Reaktion mit der Oxidation des vom<br />

TEMPO-Radikal abgeleiteten Hydroxylamins (Mech. 12, I). Das TEMPO-Radikal 2 nimmt<br />

am Mechanismus nur in sofern Teil, als dass es als mögliches Intermediat bei der<br />

Oxidation des Hydroxylamins 1 entsteht. Es wird jedoch zum Nitrosoniumsalz 3<br />

weiteroxidiert, welches durch den Alkohol 4 nucleophil angegriffen wird. Aus der<br />

Zwischenstufe 5 wird nun durch einem ringförmigen Übergangszustand das Carbonyl 6<br />

abgespalten, wodurch auch das Hydroxylamin wieder freigesetzt wird, das somit wieder<br />

aufoxidiert werden kann.<br />

TEMPO<br />

Radikal 2<br />

NaCl<br />

N<br />

O<br />

OH<br />

N<br />

O<br />

Nitrosoniumsalz 3<br />

NaOCl (stöch.)<br />

Mechanismus 12: TEMPO-Oxidation<br />

+<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 12<br />

HO<br />

H<br />

4<br />

R 1<br />

N<br />

R 2<br />

H 2O<br />

OH<br />

Hydroxyamin 1<br />

(kat.)<br />

O<br />

N<br />

H<br />

5<br />

O<br />

R 2R1<br />

R 1<br />

O<br />

6<br />

R 2


2. Weitere Oxidationen<br />

2.1. Wessely-Oxidation 16)<br />

2.1.1. Mechanismus<br />

Die Wessel-Oxidation wird für die Dearomatisierung von Phenolen eingesetzt. Sie erfolgt<br />

durch Oxidation der Hydroxy-Funktion zum Carbonyl bei gleichzeitiger Einführung eines<br />

Acetat-Restes in ortho- oder para-Position. Ortho und Parasubstituenten, welche in der<br />

Lage sind positive Partialladung zu stabilisieren erhöhen die Selektivität.<br />

OH<br />

R Pb(OAc) 4<br />

Mechanismus 13: Wessely-Oxidation.<br />

2.1.2. Anwendungsbeispiel<br />

• Z. Yang et al., J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16745-16746.<br />

2.2. DDQ-Oxidation<br />

2.2.1. Mechanismus<br />

Das 2,3-Dichlor-5,6-dicyano-1,4-benzochinon (DDQ) ist in der Lage als Hydridakzeptor bei<br />

Elektronenpush-Systemen zu wirken. Als solcher oxidiert DDQ ein Enol zum α,βungesätigten<br />

Carbonyl. Der genaue Mechanismus sei anhand der Oxidation eines<br />

Intermediates aus der Hantzsch-Pyridinsynthese gezeigt. Das Hydrid-Anion wird hierbei<br />

auf den Michaelakzeptor der Benzochinons übertragen, welches Anschließend zum<br />

Hydrochinon aromatisiert.<br />

2.2.2. Anwendungsbeispiel<br />

AcO<br />

• K. S. Feldman, P. Ngernmeesri, Org. Lett. 2011, 13, 5704-5707.<br />

O<br />

Pb<br />

OAc<br />

R<br />

OAc<br />

+<br />

HOAc<br />

- Pb(OAc) 2<br />

- AcOH<br />

MeO2C R H<br />

N<br />

O<br />

CO2Me Cl<br />

+<br />

Cl<br />

CN<br />

CN<br />

O<br />

H<br />

MeO2C R<br />

N<br />

CO2Me +<br />

H<br />

DDQ<br />

Mechanismus 14: Aromatisierung eines Dihydropyridins mit DDQ.<br />

OCF Seminar <strong>Moderne</strong> <strong>Oxidationsmethoden</strong>, <strong>Maik</strong> <strong>Siebke</strong> 13<br />

O<br />

H<br />

Cl<br />

R<br />

OAc<br />

H<br />

O<br />

Cl<br />

CN<br />

OH<br />

CN


3. Quellenverzeichnis<br />

1) R. Brückner, „Reaktionsmechanismen“, Spektrum Akademischer Verlag, 3. Aufl.,<br />

Heidelberg, 2007:<br />

a) S. 742 f. b) S. 747 c) S. 745 d) S. 746 e) S .747 f..<br />

2) M. E. Weiss, E. M. Carreira, Angew. Chem. 2011, 123, 11703-11707.<br />

3) F. A. Luzzio, W. J. Moore, J. Org. Chem. 1993, 58, 2966-2971.<br />

4) R. Lenz, S. V. Ley, J. Chem. Soc. (P1) 1997, 3229.<br />

5) W. P. Griffith, S. V. Ley, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1987, 1625-1627.<br />

6) S. V. Ley et al., Angew. Chem. 2007, 119, 597-603.<br />

7) K. Omura, D. Swern, Tetrahedron 1987, 34, 1651-1660.<br />

8) K. E. Pfitzner, J. G. Moffatt, J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 3027.<br />

9) J. R. Parikh, W. V. E. Doering, J.Am. Chem. Soc. 1967, 89, 5505-5507.<br />

10) H. Lin, S. J. Danishefski, Angew. Chemie, 2003, 115, 38-53.<br />

11) M. Frigerio, M. Santagostino, S. Sputore, J. Org. Chem. 1999, 64, 4537-4538.<br />

12) D. B. Dess, J. C. Martin, J. Org. Chem. 1983, 48, 4155-4156.<br />

13) S. Quideau et al., Org. Lett. 2003, 5, 2903-2906.<br />

14) T. Wirth, Angew. Chem. 2001, 113, 2893-2895.<br />

15) K. C. Nicolaou, P. S. Baran, Y.-L. Zhong, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3183-3185.<br />

16) G. Billek, J. Swoboda, F. Wessely, Tetrahedron 1962, 8, 909-915.<br />

17) J. Gong, G. Lin, W. Sun, Ch.-Ch. Li, Z. Yang, J. Am. Chem. Soc. 2010., 132, 16745-<br />

16746.<br />

18) J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, Peter Wothers, “Organic Chemistry”, Oxford<br />

University Press, Oxford 2001, S.1192.<br />

19) K. S. Feldman, P. Ngernmeesri, Org. Lett. 2011, 13, 5704, 5707.<br />

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