02 - (2004) (1125801), страница 42
Текст из файла (страница 42)
При этом и первичные и вторичные спирты окисляются до карбоновых кислот: 70%-я водная Навоз О С!СН,СН,СН,ОН С1СН2СН2~- (78%). 25'С ОН 272 Вторичные спирты первоначально окисляются до кетонов, которые далее окисляются с деструкцией углеродного скелета. Классическим примером служит промышленное окисление циклогексанола 50%-й азотной кислотой до адипиновой кислоты: ОН 50%-Я Н)н)Оз, Н20з НООС(СН2)4СООН (60%). 55 — 60 'С В последние двадцать лет разработан целый ряд новых, оригинальных и исключительно эффективных методов окисления первичных и вторичных спиртов с помошью ДМСО или комплексов ДМСО с каким-нибудь электрофильным агентом.
Тозилаты первичных спиртов, также как и бензилтозилаты, окисляются в альдегиды при нагревании в ДМСО в течение 10 — 30 мин при 120 — 150 'С в присутствии гидрокарбоната натрия как слабого основания; Н О 8 150 СГ 1 он (СНз)28 — О + КСН2ОТз — — К вЂ” С вЂ” Π— 8(СНз)2 ОТз— ДМСО ~ ~У (, 4 о;ГН соль алкоксисульфония НСО МаНСОз (Сн ) В НСНО Н О СО + Тгон (60 — 70% ) ДМСО в этой реакции исполняет роль нуклеофильного агента, который замещает тозилоксигруппу по обычному ЗО2 механизму с образованием алкоксисульфониевых солей. Катион алкоксисульфония далее подвергается окислительно-восстановительному элиминированию по механизму, аналогичному для окислительновосстановительного разложения сложных эфиров хромовой кислоты.
Гидрокарбонат или карбонат-ион является основанием в этой 62-реакции элиминирования„приводящей к альдегиду и диметилсульфиду. В качестве примеров приведем получение гептаналя и лара-бромбензальдегида: ДМСО; )т)аНСОз СНз(СНг)зСН2ОТз . СНз(СН2)зСНО + (СНз)28, 150 'С, 5 мин ДМСО; ХаНСОз / в Я~-сн,от ' ' в ~ЯНсно ° ~ОНО,Н . !20 'С (65%) Вместо алкилтозилатов можно использовать первичные алкилгалогениды, которые также окисляются ДМСО при 150 — 180 С по 273 совершенно аналогичному механизму. Это окисление первичного спирта в альдегид требует еше одной дополнительной стадии превращения спирта в тозилат или галогенид, нередко с использованием неселективных реагентов. Для многостадийных синтезов сложных соединений такой путь часто неприемлем и должен быть заменен одностадийным селективным окислением.
Это достигается превращением слабого нуклеофильного агента ДМСО в сильный электрофильный агент, который непосредственно реагирует с первичными и вторичными спиртами в очень мягких условиях при 0 С и ниже. Необходимую активацию ДМСО проводят с помощью серного ангидрида, трифгоруксусного ангидрида, Н-хлорсукцинимида или М,М-дициклогексилкарбодиимида С4НпН=С=й(С4Нп. Во всех случаях в качестве реакционноспособного интермедиата образуется активированная алкоксисульфониевая соль, которая далее подвергается внугримолекулярной окислительно-восстановительной фрагментации по механизму, аналогичному для описанного выше окислительно-восстановительного разложения сложных эфиров хромовой кислоты.
Для окисления первичных и вторичных спиртов до альдегидов и кетонов в мягких условиях эффективен комплекс ДМСО с $03, образующийся при взаимодействии пиридинсульфотриоксида с ДМСО: О О ~~ О + Π— Я вЂ” Π— В(СН ) 3 2 О О ОФ О СНЫ вЂ” Б — О + 5 5 О СН3 О О/ Π—  — С5Н5Х: СНЗ О ОФ О~ ВС О~ О КгСНОН + Π—  — Π— Б(СНз)г Кг — С вЂ” Π— В(СНз)г + НБО4, О Н соль алкоксисульфония О ОС О' О Кг — С вЂ” Π— Б(СН3)г — КгС вЂ” О + С5Н5ХН НВО + (СН3) Я. Н С,Н5Н:г 274 $03 в качестве электрофильной частицы может быть заменен уксусным, трифторуксусным ангидридом или Н,Х-дициклогексилкарбодиимидом (ДЦГ).
Наибольшую популярность завоевала комбинация ДМСО с й(,Х-дициклогексилкарбодиимидом (метод Пфитцера — Моффата): о о о Н /~ (!) )~еС=) !; ) + О-К(СН )- — ! рХН-С=) (~, 3 2 О-0(СН3)2 (В Н О (2) Ктс — ОН+ ( ) — ХН-С=)м(-< ) — ( ~-1Ч-С вЂ” Х-С ) + ! О-Я(СНЗ)2 Н Н о о + К С вЂ” Π— 5(СН) — К вЂ” С вЂ” К+ (СН) Б+ Н.
2~(( ~ 32 !! 32 Н 0 Диметилсульфид при взаимодействии с Х-хлорсукцинимидом дает хлорсульфониевую соль, которая реагирует со спиртами уже при — 30'С с образованием карбонильного соединения: 0 О [:: (СН3)23 Ф с3 К2СНОН М-С вЂ” '' М вЂ” у (СН,(,(( толуол, 0'С -30 С мь О 0 О О Х(С2Н5)3 о о Н-С-О-В(СН,Н(2 НСО (~Н,(,МН (( ~Э (у О-...(-30)'С Н Приведем для иллюстрации несколько примеров окисления спир- тов комплексами ДМСО: Снз(СН2)асн2ОН е (в СН3(СНг)ьСНО (100%) С5Н5ХНОСОСР3, -20 С СН ОН Снзо (93%) ДМСО; ДЦГ; 0 о а( С5Н5(МН ОАс тестостерон СН3 Сан(2 (83%) ЛМ~О-(03 С,Н,М; СН;(Л НО Н холестерин 275 Эти методы вытеснили старый громоздкий способ окисления вторичных спиртов по Оппенауэру (1937).
Окисление по Оппенауэру заключается в нагревании спирта с алкоголятом алюминия в присутствии карбонильного соединения, которое выполняет функцию акцептора гидрид-иона. Окисление вторичных спиртов по Оппенауэру представляет собой обратимый процесс (обратная реакция называется восстановлением по Меервейну — Понндорфу — Верлею). Равновесие можно сместить вправо, если в качестве карбонильной компоненты будет выбран сильный акцептор гидрил-иона — л-хинон, флуоренон, бензофенон, хлоранил (2,3,5„6-тетрахлор-!,4-бензохинон): К',, К А1[О С(СНз)з]з К1' Кз, СН-ОН + С=О С=О + СН вЂ” ОН К2" К4л К2 р4Я к', К', СНОН+А1[ОС(СНз)з]з (СНз)зСОН + С-О-А1[ОС(СНЗ)з]2 К2~ К2/ ! Н К',, р.з С-О-А1[ОС(СНЗ)з]2 + С=О— КЗ~Н К47 С х'-7 АЦОС(СНз)з]2 Н.~ (~О С рз р4 к' Кз С=О + С вЂ” ОА1[ОС(СНЗ)з]2 К2' К4У ~ Н Окисление спиртов по Оппенауэру в теоретическом отношении представляет собой пример окислительного процесса с переносом гидрид-иона от восстановителя к окислителю в одну стадию, в то время как в ранее описанных процессах окисление спиртов осуществляется в несколько последовательных стадий и сопровождается последовательным переносом одного или нескольких электронов.
276 Область практического применения окисления по Оппенауэру в органическом синтезе в настоящее время ограничена главным образом окислением вторичных стероидных спиртов: С~ ~3 СНз СН-(Снз)зсн(снз)з АЦОС(СН,)з)з; бензол; 80 С; 8ч НО СН, СНз СН(снз)зсн(снз)з (63 — 70%) О СоО СгзОн неолит; г ф СнзснзснзснзОН Снзснзснзс + Нз (62%) Н ОН Си, 600 С О н, (92%) ФО НС + Н Н (88%) СН ОН Си или А8, 600 'С Для получения альдегидов и кетонов из первичных и вторичных спиртов вместо окисления можно воспользоваться реакцией каталитического дегидрирования.
Этим методом в промышленных условиях получают формальдегид из метанола, масляный альдегид из и-бутилового спирта и циклогексанон из циклогексанола. В качестве катализатора дегидрирования используют медь, серебро, хромит меди: ! !.!.З.с. ЗАШИТНЫЕ ГРУППЫ ЛЛЯ ГИЛРОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ СПИРТОВ При осуществлении многостадийных синтезов сложных органических соединений часто необходимо защитить одну из функциональных групп для того, чтобы осуществить требуемое превращение с другой функциональной группой. Так, например, для получения реактива Гриньяра из галогензамещенного спирта Вг(СНз)„ОН необходимо предварительно «защитить» гидроксильную группу спирта.
Применение так называемой «защиты» включает три стадии: 1) образование инертного производного, 2) выполнение требуемого превращения с другой функциональной группой и 3) снятие защитной группы. Наиболее универсальным и хорошо себя зарекомендовавшим методом защиты гидроксильной группы спиртов является образование эфира в результате кислотно-катализируемого присоединения спирта к 2,3-дигидроп ирану: Н нон + (90 — 100%). .3 эфир или ТГФ КО О О 2,3-дигидропиран 2-тетрагидропиранильный простой эфир Подобно другим простым эфирам, тетрагидропиранильные (ТГП) эфиры инертны по отношению к нуклеофильным агентам, сильным основаниям (КМВХ, К(.1, ХаН, ХаХНз, КОХа и др.), а также окислителям и восстановителям, Однако ТГП-группа чувствительна к кислотному расщеплению, например легко удаляется в растворе хлористого водорода в метаноле: О Ниже приведен типичный пример использования защитной ТГП- группы; НО В ТГП вЂ” Π — С' ТГФ ТГФ 1) СНзСОСНз ОН вЂ” ттп-Г НВ — '' НО С'-СН, 2) НС1, СНзОН СН 3 Другой защитной группой является триметилсилильная группа, которая вводится с помощью (СН3)3В!С1.
Эта группа легко удаляется под действием фторид-иона: Х(С2Н5)3 КГ; НГ ))ОН )СН,),ВС) — ))ОВ)СН,), — ' ТГФ ТГФ КОН (СН3)ЗВ!Г . Однако триметилсилильная защитная группа малоустойчива по атно)пению как кислотным, так и основным агентам. Она легко снимается даже при хроматографии на силикагеле. Значительно более устойчива трет-бутилдиметилсилильная группа, которая вводится с помощью [(СН3)3С1(СН3)2В!С1 и удаляется обработкой КГ или (С4Н9)4ХГ. Две другие защитные группы — бензильная и трифенилметильная (тритильная) — вводятся при взаимодействии спирта с бензилбромидом или трифенилхлорметаном (тритилхлоридом) в присутствии основания — третичного амина. Снятие этих защитных групп достигается каталитическим гидрогенолизом, а тритильная группа удаляется также действием раствора НВг в ледяной уксусной кислоте или при хроматографии на кремневой кислоте. Все эти группы по области своего применения уступают тетрагидропиранильной защите: Н37В) КОХа + С6Н5СН2Вг, КОСН2С6Н5 КОН + С6Н5СН3, Нвг (С6Н5)ЗСС)с н )ч.
КОС(С6Н5)3 ОН (С6Н5)3СВг ' 5 5 СНС), Для защиты гидроксильной группы был предложен йодметилтио- метиловый эфир (И.Кори, 1976): ))О)) !СН,ЯСН, КО):Н,ЯСН, + )) ). ДМЭ Введение этой защитной группы приводит к образованию полутиоацеталя формальдегида, который, подобно другим тиоацеталям, расщепляется в очень мягких условиях при 20'С солями ртути (П) или серебра в системе ацетон — вода. Среди всего многообразия защитных групп ТГП остается наиболее универсальной и употребимой защитой спиртового гидроксила.