羧酸的合成——醛氧化制备羧酸(2)
永远亭药贩子
2024年09月06日 08:56
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Pinnick氧化

反应物:

醛→羧酸

条件:

NaClO2,2-甲基-2-丁烯(反应助剂),磷酸二氢钠(缓冲剂),叔丁醇/THF

特点:

(1)利用NaClO2/2-甲基-2-丁烯体系将醛(脂肪醛,芳香醛,不饱和醛)氧化为羧酸的反应被称为Pinnick氧化反应,Pinnick氧化反应也被称为Lindgren氧化反应,这是一个选择性将醛氧化到相对应的羧酸的反应;

(2)Pinnick氧化被证明可以适用于具有敏感官能团底物的氧化,适合于多官能团的底物,而且对于具有位阻效应的底物也有良好的反应效果,这个反应尤其适用于α-β不饱和醛的氧化,β-芳基取代的α,β-不饱和醛在这个体系中具有良好的反应效果,醛直接和碳碳三键相连或者和双键共轭的底物都具有良好的反应效果,对于醛的α位立体构型没有影响,三取代的烯烃也不会发生E/Z异构化,此反应的官能团耐受度很高,羟基不需要保护,环氧化合物,羟基化合物,苄醚,卤代物(包括碘代物)甚至是锡烷在这个体系都是稳定的,但是未保护的芳胺和吡咯,特别是手性的α-氨基醛,可能受影响,因为其很容易被氧化为氮氧化物,另外硫醚也可以被氧化为砜或亚砜,它的另一个优点是低成本;

(3)反应常用的操作步骤是将醛溶于叔丁醇(常常和其他溶剂混合使用,如四氢呋喃),加入大量过量的反应助剂,室温下滴加磷酸二氢钠缓冲溶液和亚氯酸钠的水溶液,反应中试剂的纯度非常重要,可能导致反应转化了一部分反应就会停止,如亚氯酸钠在酸性条件下过渡金属存在时不稳定,亚氯酸钠在光照下或存在杂质(如Fe2+和Fe3+)会分解,因此通常要稍微多余一个当量,加料时要溶于水或溶于缓冲液,同时可以用纯的2-methyl-2-butene或其四氢呋喃溶液,但不要用纯度为90%,常用的助剂是2-甲基-2-丁烯,其要大量过量(10-50eq),为了保证稳定的pH,NaH2PO4要加7-10个当量。

特殊用途:

(1)使用Jones氧化、PDC、四氧化钌等氧化剂可以一步反应就把醇氧化成羧酸,但是由于反应条件比较强,对于全合成来说,尤其是有多官能团的化合物经常不适合这种太强的条件,所以,在这种情况下,经常利用从醇→醛→酸这种分两步的比较温和的反应方法,Pinnick氧化也在第二步(醛→酸)的氧化反应中被使用。

(2)不只是NaClO2被副反应所消耗,次氯酸盐还会引起其他的反应,HOCl/Cl-氧化还原电势比起ClO2-/HOCl更高,这意味着次氯酸可以氧化碳碳双键,为了避免这个问题,可以用间苯二酚,氨基磺酸或者2-甲基-2-丁烯作为清除剂,下面是用2-甲基-2-丁烯清除次氯酸盐的过程

当2-甲基-2-丁烯作为助剂时,作为反应中伴随生成的次氯酸盐和碱的清除剂,可以避免次氯酸加成的副产物,但是不能避免其他助剂,如双氧水,引起的双键的副反应

用H2O2作为清除剂,可以避免给体系带来其他副产物,H2O2+HOCl→HCl+H2O+O2,在弱酸性条件下,35%过氧化氢快速地被氧化,同时没有还原亚氯酸钠产生次氯酸的竞争反应,过氧化氢还可以和二氧化氯快速反应产生亚氯酸,HClO2+H2O2→HOCl+H2O+O2,2ClO2+H2O2→2HClO2+O2,氧气的形成对这个反应来时也是巨大的改进

在一些仅仅使用过氧化氢不能取得较高产率的氧化产物的例子中,可以尝试用DMSO替代过氧化氢作为还原剂,一些富电子醛在这个类型的体系中往往取得不好的效果,另外,固载体系例如磷酸盐缓冲剂和硅胶负载在高锰酸钾以及高分子加载的亚氯酸盐被用于完成醛到羧酸的转化,同时避免使用传统方法带来的清除程序,这个反应表明产物可以以钾盐的形式留在硅胶上,使用这种方法,在中性条件下可以非常方便地用有机溶剂洗去杂质。

(3)A. Armstrong对于Zaragozic酸的全合成可以使用Pinnick氧化,当然其他的氧化方法比如Jones氧化,Ley氧化也是可行的,但是用这些方法会得到混合的产物,而Pinnick氧化同时兼具高纯度和高产量的优点。

反应机理:

首先在酸性条件下,亚氯酸钠生成氧化活性物质亚氯酸,将亚氯酸对醛进行加成,生成一个活性中间体,中间体内部发生协同重排,醛氢转移到亚氯酸的氧上,亚氯酸变成次氯酸,反应生成的次氯酸会迅速与亚氯酸离子反应,使之不能进行氧化反应,次氯酸的另一个副反应就是可以和碳碳双键反应,但刚好利用这一特点除掉次氯酸。

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