الأكسدة المحفزة بالأوكسو أمونيوم

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة

تتضمن تفاعلات الأكسدة المحفزة بالأوكسوأمونيوم تحويل المواد العضوية إلى مواد مؤكسدة بدرجة أعلى بفعل نوع من أنواع N-أوكسوأمونيوم . كما يمكن استخدام النيتروكسيدات بكميات تحفيزية بوجود كمية مكافئة من مؤكسد نهائي. [ 1 ] أنواع جذور النيتروكسيد المستخدمة هي إما 2،2،6،6-رباعي ميثيل بيبيريدين-1-أوكسيل (TEMPO) أو مشتقاته.

(1)

الآلية والكيمياء الفراغية

يؤدي أكسدة النيتروكسيد بإلكترون واحد إلى إنتاج نوع من الأوكسوأمونيوم عالي الكهرومحبة، والذي يعمل كعامل مؤكسد نشط. [ 2 ] يمكن استخدام النيتروكسيد كعامل حفاز مع عوامل مؤكسدة مكافئة أرخص ثمناً مثل هيبوكلوريت الصوديوم [ 3 ] أو ثنائي (أسيتوكسي) يودوبنزين (BAIB). [ 4 ]

في ظل ظروف متعادلة أو حمضية قليلاً (بوجود هلام السيليكا، على سبيل المثال)، تحدث الأكسدة عبر رابطة هيدروجينية أولية بين مجموعة الهيدروكسيل ونيتروجين الأوكسوأمونيوم، يتبعها انتقال متزامن للبروتون وانتزاع للهيدريد. [ 5 ] وتؤكد الحاجة إلى الرابطة الهيدروجينية انخفاض تفاعلية كحولات β-ألكوكسي وβ-أمينو، التي تُظهر روابط هيدروجينية داخلية تنافسية . آلية الأكسدة في ظل ظروف قاعدية ضعيفة (البيريدين) مشابهة، باستثناء أن البيريدين يُعادل نوع هيدروكسي أمونيوم، ويتفاعل هذا الوسيط "تناسبياً" مع ملح الأوكسوأمونيوم لإنتاج جذور النيتروكسيد وأملاح البيريدينيوم (انظر المعادلة (3) أدناه). ولأن هذا التفاعل يستهلك قاعدة ومؤكسدًا نشطًا، فإن مكافئين من القاعدة والمؤكسد ضروريان في ظل ظروف قاعدية ضعيفة. وقد عُرضت آلية موحدة في ظل الظروف المتعادلة والقاعدية في مقال حديث. [ 6 ] يقدم المؤلفون تحليلاً شاملاً لعدد من عمليات الأكسدة التي تتوسطها أملاح الأوكسو أمونيوم.

(2)

في ظل ظروف قاعدية قوية، يتفاعل الركيزة منزوعة البروتون مع أيون N-أوكسي أمونيوم. قد يحدث هجوم ألكوكسيد الركيزة على النيتروجين أو الأكسجين، مع أن الأول يُعتقد أنه يحدث بناءً على ملاحظات أكسدة N-ألكوكسي أمينات (التي يُفترض أنها تتم عبر المركب الوسيط 1 ). [ 7 ] يتنافس تفاعل التناسب للمنتج المختزل ( هيدروكسيل أمين ) مع أيون الأوكسو أمونيوم مع الأكسدة؛ لذا، غالبًا ما يكون من الضروري وجود فائض من العامل المؤكسد.

(3)

تتضمن عمليات الأكسدة المحفزة بالنيتروكسيد وسائط N-أوكسوأمونيوم كعامل مؤكسد نشط. وتعتمد آلية أكسدة جذر النيتروكسيد على المؤكسد النهائي المستخدم. وتستطيع المؤكسدات ثنائية الإلكترون، مثل هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl)، تحويل النيتروكسيدات مباشرةً إلى أوكسوأمونيوم.

(4)

تعمل المؤكسدات أحادية الإلكترون، مثل النحاس الثنائي، عبر آلية أكثر تعقيدًا تتضمن الأكسجين الجزيئي كمؤكسد نهائي. [ 8 ] يؤكسد النحاس الثنائي أربعة مكافئات من النيتروكسيد إلى أوكسوأمونيوم، يتفاعل مكافئان منه (باللون الأزرق) مع الكحولات لتكوين مركبات الكربونيل. أما المكافئان الآخران من الأوكسوأمونيوم (باللون الأحمر) فيخضعان لتفاعل تناسب لإعادة تكوين جذور النيتروكسي (باللون الوردي). وأخيرًا، يعيد الأكسجين الجزيئي أكسدة أربعة مكافئات من النحاس الأحادي إلى النحاس الثنائي. إجمالًا، تتوسط جزيئة واحدة من الأكسجين الجزيئي أكسدة مكافئين من الكحول، مع تكوين مكافئين من الماء.

(5)

المتغيرات الانتقائية الفراغية

تُعدّ عمليات الأكسدة الانتقائية للإنانتيومرات عادةً إما فصلًا حركيًا للكحولات الكيرالية أو تفاعلات إزالة التماثل. ويمكن تسهيل هذه الأكسدة باستخدام جذور النيتروكسيد الكيرالية في الوضع التحفيزي. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك الفصل الحركي لمركب 1-فينيل إيثانول الراسيمي. [ 9 ] أما عمليات إزالة التماثل التأكسدية التي تستخدم مؤكسدات الأوكسو أمونيوم، فهي نادرة نسبيًا. [ 10 ]

(6)

نِطَاق

يمكن إجراء عمليات الأكسدة باستخدام أملاح الأوكسونيوم إما بالطريقة القياسية أو التحفيزية في ظروف حمضية أو قاعدية. يصف هذا القسم الظروف الأكثر شيوعًا للأكسدة القياسية والتحفيزية للكحولات إلى مركبات الكربونيل باستخدام أملاح الأوكسونيوم. على الرغم من إمكانية أكسدة مجموعة واسعة من الكحولات باستخدام TEMPO، إلا أنه قد تحدث أحيانًا أكسدة تنافسية للمجموعات الوظيفية الأكثر غنىً بالإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك، قد تختلف انتقائية موقع أكسدة البوليولات تبعًا للظروف المستخدمة.

الأكسدة المتكافئة

في ظل ظروف حمضية معتدلة أو متعادلة، تؤكسد أملاح الأوكسونيوم، مثل ملح بوبيت ، الكحولات الأليلية والبنزيلية [ 11 ] والبروبارجيلية [ 12 ] أو الأليفاتية إلى الألدهيدات أو الكيتونات المقابلة. تتفاعل الكحولات الثانوية أسرع من الكحولات الأولية، على الرغم من انخفاض الانتقائية. يسمح بروتوكول تجريبي ملائم بإعادة تدوير ملح الأوكسونيوم. [ 12 ]

(7)

تتأكسد الأمينات وإيثرات البنزيل والألكينات بسرعة أكبر من الكحولات غير النشطة؛ لذا، لا يمكن إجراء أكسدة ستويكيومترية انتقائية للكحولات غير النشطة في وجود هذه المجموعات الوظيفية. [ 13 ] تتفاعل الكحولات التي تحتوي على بدائل β-نيتروجين أو β-أكسجين ببطء في الظروف الحمضية. [ 12 ] يمكن أكسدة كحولات الأليل والبنزيل بشكل انتقائي في ظل هذه الظروف. [ 13 ]

(8)

في الظروف القاعدية، يلزم مكافئان من المؤكسد بسبب التنافس على التناسب بين النيتروكسيد المختزل والأوكسونيوم غير المتفاعل (انظر المعادلة (3) أعلاه). ويُستخدم البيريدين عادةً كقاعدة. هذه هي الظروف الأكثر شيوعًا لأكسدة النيتروكسيد في الوضع المتكافئ.

(9)

يمكن أيضًا أكسدة الكحولات الأليلية الثالثية بشكل متكافئ بواسطة أملاح الأوكسو أمونيوم إلى إينونات في شكل مختلف من تفاعل بابلر-دوبن . [ 14 ]

الأكسدة التحفيزية

يمكن تسهيل أكسدة الأوكسوأمونيوم التحفيزية باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم كمؤكسد نهائي. يجب الحفاظ على الرقم الهيدروجيني أقل من 10 باستخدام محلول منظم لضمان استمرار التفاعل. العامل المؤكسد النشط للنيتروكسيد هو أنيون الهيبوبروميت؛ لذا، يُستخدم بروميد البوتاسيوم كمادة مضافة. [ 3 ] لا يحدث أي تحول فراغي للمراكز الفراغية ألفا في المنتجات المحتوية على الكربونيل.

(10)

يُنتج استخدام الكلوريتات كعوامل مؤكسدة نهائية مع كلٍ من الهيبوكلوريتات وTEMPO أحماضًا كربوكسيلية دون نواتج جانبية للكلورة. [ 15 ] يُجرى التفاعل عادةً على مرحلتين في نفس الوعاء: حيث تُجرى أكسدة جزئية باستخدام TEMPO والهيبوكلوريت، ثم يُضاف الكلوريت لإتمام الأكسدة. ويُلاحظ فقط أكسدة الكحولات الأولية. وبالاقتران مع تفاعل شاربلس للدي هيدروكسيل، يُمكن استخدام هذه الطريقة لإنتاج أحماض ألفا هيدروكسي نقية ضوئيًا. [ 16 ]

(11)

من أبرز عيوب الطريقتين المذكورتين أعلاه عدم توافقهما مع مجموعات الأمين أو الألكين الحرة، إذ تخضع كلتاهما للأكسدة التنافسية. ويُمكن تجنب هذه المشكلة باستخدام ثنائي (أسيتوكسي) يودو بنزين (BAIB) كمؤكسد نهائي. لا يستطيع BAIB أكسدة جذر النيتروكسيد مباشرةً، ويُعتقد أن التكوين الأولي للأوكسو أمونيوم ناتج عن تفاعل عدم تناسب محفز حمضيًا. بعد ذلك، قد يؤكسد BAIB الهيدروكسيل أمين الناتج إلى ملح أوكسو أمونيوم. على الرغم من أن التفاعل يُجرى في ظروف حمضية (حمض الأسيتيك هو ناتج ثانوي، ويُضاف غالبًا لتسهيل تفاعل عدم التناسب)، إلا أن انتقائية أكسدة الكحول الأولي عالية. [ 4 ] كما أن المجموعات الوظيفية الحساسة للقواعد، مثل الإيبوكسيدات، تتحمل هذه الظروف. [ 17 ]

(12)

تشمل المؤكسدات الطرفية الأخرى ثنائية الإلكترون المستخدمة مع TEMPO كلاً من mCPBA (حيث يُفضل الأكسدة الثانوية، على الرغم من إمكانية حدوث تفاعلات جانبية)، [ 18 ] و N-كلوروسكسينيميد، [ 19 ] وأوكسون. [ 20 ]

يؤكسد النحاس الثنائي، سواءً كان على شكل ملح كلوريد حر أو معقد مع روابط ثنائية السن، مركب TEMPO إلى ملحه الأوكسوأمونيوم. في هذه التفاعلات، يعمل الهواء كمؤكسد نهائي. [ 21 ] من غير الواضح ما إذا كان الهواء يؤكسد النحاس الأحادي إلى النحاس الثنائي، أو ما إذا كانت أكسدة الكحول تتم جزئيًا بواسطة النحاس، ثم يؤكسد الهواء الهيدروكسيل أمين الناتج إلى ملح الأوكسوأمونيوم. يحدث الأول خلال عملية واكر ، بينما يفسر الثاني قدرة معقدات النحاس وبعض معقدات المعادن الأخرى على أكسدة الكحولات بالتزامن مع TEMPO.

(13)

يُعد ثاني أكسيد المنغنيز المُنشط ، الذي يُؤكسد الكحولات الأليلية والبنزيلية، أرخص من TEMPO وأسهل استخدامًا. [ 22 ] كما يُمكن استخدام الكواشف القائمة على الكروم، مثل كلوروكرومات البيريدينيوم، لتحويل الكحولات إلى مركبات الكربونيل؛ على الرغم من أن توليد كميات كبيرة من نفايات الكروم يُعد عيبًا. [ 23 ] لا تتضمن عمليات الأكسدة التي تستخدم ثنائي ميثيل سلفوكسيد ، مثل تفاعلي سويرن وموفات ، استخدام معادن ثقيلة، وتُؤكسد مجموعة واسعة من المواد المتفاعلة. [ 24 ] تُفضل عمليات الأكسدة باستخدام أوكسوأمونيوم على طرق DMSO لتفاعلات الديولات والكحولات الأسيتيلينية. يُعد بيرودينان ديس-مارتن مؤكسدًا انتقائيًا للغاية وخفيفًا للكحولات، وتتمثل عيوبه الرئيسية في صعوبة التحضير والسلامة. [ 25 ]

مراجع

  1. ↑ بوبيت، جيه إم ؛ بروكنر، سي؛ ميربوه، إن . التفاعلات العضوية 2009 ، 74 ، 103. doi : 10.1002/0471264180.or074.02
  2. ^ مربوح، ن.؛ بوبيت، جي إم؛ بروكنر، سي جي أورغ. الكيمياء. 2004 , 69 , 5116.
  3. 1 2 شيلدون, RA ; أرندس، IWCE؛ عشرة برينك، جي جي. ديكسمان، أ . الكيمياء. الدقة. 2002 ، 35 ، 774. دوى : 10.1021/ar010075n
  4. 1 2 دي ميكو، أ؛ مارغريتا، ر. بارلانتي، L.؛ فيسكوفي، أ. بيانكاتيلي، G. J. Org. الكيمياء. 1997 , 62 , 6974.
  5. ↑ بيلي، دبليو إف؛ بوبيت، جي إم؛ ويبرغ، كي بي جيه أورغ. كيم. 2007 ، 72 ، 4504.
  6. ↑ Hamlin, TA; Kelly, CB; Ovian, JM; Wiles, RJ; Tilley, LJ; Leadbeater, NE J. Org. Chem. 2015 , 80 , 8150.
  7. ^ سيميلهاك، وسط؛ شميد، سي آر؛ كورتيس، دا تيتراهيدرون ليت. 1986 , 27 , 1119.
  8. ^ سيميلهاك، وسط؛ شميد، سي آر؛ كورتيس، دا. تشو، CS J. صباحا. الكيمياء. شركة نفط الجنوب. 1984 , 106 , 3374.
  9. ^ ريشنوفسكي، إس دي؛ ماكليرنون، TL؛ راجاباكسي، H. J. Org. الكيمياء. 1996 , 61 , 1194.
  10. ^ تاناكا، هـ. كاواكامي، Y.؛ غوتو، ك. كوروبوشي، م. تيتراهيدرون ليت. 2001 , 42 , 445.
  11. ^ ميازاوا، ت. إندو، T.؛ شيهاشي، س. أوكاوارا، M. J. Org. الكيمياء. 1985 ، 50 ، 1332.
  12. 1 2 3 Bobbitt, JM J. Org. Chem. 1998 , 63 , 9367.
  13. 1 2 بوبيت، جيه إم؛ ميربوه، إن. أورغ. سينث. 2005 ، 82 ، 80.>
  14. ↑ شيبويا، ماساتوشي؛ توميزاوا، ماساكي؛ إيوابوتشي، يوشيهارو (2008). "إعادة ترتيب تأكسدي للكحولات الأليلية الثالثية باستخدام أملاح الأوكسونيوم" . مجلة الكيمياء العضوية . 73 (12): 4750-4752 . doi : 10.1021/jo800634r . ISSN 0022-3263 . PMID 18500838 .  
  15. ^ أغنية، ZJ. تشاو، م. ديزموند، ر. ديفين، P.؛ تسشين، مارك ألماني؛ تيلير، ر. فراي، L.؛ هايد، ر. شو، ف؛ فوستر، ب. لي، J.؛ مخرطة، R.؛ فولانتي، ر. جرابوسكي، EJJ. دولنج، اه. رايدر، بيجاي. أوكادا، س.؛ كاتو، Y.؛ مانو، E. J. أورغ. الكيمياء. 1999 , 64 , 9658.
  16. ↑ شاربلس، كيلو بايت؛ أمبرج، دبليو؛ بناني، YL؛ كريسبينو، جورجيا؛ هارتونج، J.؛ جيونج، كانساس؛ كوونغ، HL؛ موريكاوا، ك.؛ وانغ، ZM. شو، د.؛ تشانغ، XL J. أورغ. الكيمياء. 1992 , 57 , 2768.
  17. ^ دي ميكو، أ. مارغريتا، ر. بارلانتي، L.؛ فيسكوفي، أ. بيانكاتيلي، G. J. Org. الكيمياء. 1997 , 62 , 6974.
  18. ↑ غانم، بي جيه أورغ. الكيمياء. 1975 , 40 , 1998.
  19. ^ أينهورن، ج. اينهورن، C .؛ راتاجزاك، ف؛ بيير، J.-L. J. أورغ. الكيمياء. 1996 , 61 , 7452.
  20. ^ بولم، سي. ماغنوس، AS. هيلدبراند، جي بي أورغ. بادئة رسالة. 2000 ، 2 ، 1173.
  21. ↑ شيلدون، آر إيه ؛ أريندز، آي دبليو سي إي، أدڤ. سينث. كاتال. 2004 ، 346 ، 1051.
  22. ↑ تايلور، آر جيه كيه؛ ريد، إم.؛ فوت، جيه.؛ راو، إس إيه . أك. كيم. ريس. 2005 ، 38 ، 851.
  23. ↑ لوزيو، إف إيه أورج. رياكت. 1998 ، 53 ، 1.
  24. ↑ تيدويل، تي تي ، التفاعلات العضوية 1990 ، 39 ، 297.
  25. ↑ Dess, DB; Martin, JC J. Am. Chem. Soc. 1991 , 113 , 7277.