Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

5.4. Group IV Hydride Donors

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "5.4. Group IV Hydride Donors"— Utskrift av presentasjonen:

1 5.4. Group IV Hydride Donors
Kapittel 5 Reduksjon av C-C multiple bindinger, C=O grupper og andre grupper 5.1. Addition of Hydrogen at Carbon-Carbon Multiple Bonds Hydrogenation Using Heterogeneous Catalysts Hydrogenation Using Homogeneous Catalysts Enantioselective Hydrogenation Partial Reduction of Alkynes Hydrogen Transfer from Diimide 5.2. Catalytic Hydrogenation of Carbonyl and Other Functional Groups 5.3. Group III, Hydride-Donor Reagents Comparative Reactivity of Common Hydride Donor Reagents Stereoselectivity of Hydride Reduction Enantioselective Reduction of Carbonyl Compounds Reduction of Other Functional Groups by Hydride Donors 5.4. Group IV Hydride Donors Reactions Involving Silicon Hydrides Hydride Transfer from Carbon 5.5. Reduction Reactions Involving Hydrogen Atom Donors 5.6. Dissolving-Metal Reductions Addition of Hydrogen Reductive Removal of Functional Groups 5.8. Reductive Elimination and Fragmentation

2 Kapittel 5. Reduksjon av bindinger, C=O og andre grupper
Reduksjoner; viktige, nyttige reaksjoner organisk syntese; også for C=O bindinger definisjon reduksjon: - addisjon av H2 eller e- - fjerne O eller andre e-neg subst typiske reagenser; H2 (kat), H- (B-/Al-hydrid), H. (radikal/ Si, C, Sn) temaer her: - heterogen / homogen katalysator, - enantioselektiv hydrogenering delvis red av alkyner - reduksjon vha diimider 5.1 Addisjon av H2 på bindinger katalysator; overgangsmetallene Pd, Pt, Ru, Rh, Ni heterogen kat; ads på C eller Al2O3, Ex: homogen kat; løselige komplekser, Ex:

3 5.1 Addisjon av H2 på bindinger
(1) Hydrogenering med heterogen katalysator Mekanisme: i) både H2 (metall-H binding) og alken (begge C knyttet til overflaten ved p-type binding) adsorberes på kat-overflaten, p-kompleks (A) ii) hydrid overføres til alken; gir metall-C s-binding (B) iii) alkan produkt dannes når siste hydrogen desorberes fra overflaten: Favorisert: syn addisjon fra den sterisk minst hindrede side; ”steric approach” Ex: gir cis produkt - særlig for rigide og sterisk svært hindrede systemer, Unntak; fra sterisk mest hindret side når cis addisjon til polar gruppe kan være favorisert; særlig OH-gruppe (+ NH2, CHO; Lewis base karakter/e-donor; ikke ester/amid); danner interaksjon med kat-overflate,Ex; gir stereoselektiv ads i upolare løsn.midler (ex hexan); i DMF, EtOH reduseres dirigerende effekt. isomerisering / omleiring av dbl-binding er typisk for allyliske systemer, Ex: skyldes abstraksjon av allylisk H av metall: (via p-allyl complex)

4 5.1 Addisjon av H2 på bindinger
(2) Hydrogenering med homogen katalysator Wilkinson’s katalysator: (Ph3P)3Rh(I)Cl Mekanisme: Rh har elektrofil; H nukleofil (hydrid) karakter: fosfin ligand gir stabilisert løselig katalysator; samt kontrollerer aktivitet gir syn addisjon, Ex: : Ex. selektivitet: hydrogenering i) bare C=C, ikke NO2: ii) bare ukonjugerte dbl-bind (mest e-rik): Crabtree katalysator; [R3P-Ir(COD)py] PF6 (eller BF4) (COD = cyclooctadien) stereoselektivitet styrt av funksj grupper (som tidl); subst-dirigert hydrogenering, Ex H2 adderer cis til polare grupper; ester, eter, OH, amid; ofte fra mest hindret side: Unntak; ”steric apporach” Ex: sterisk kontrollert gir trans til funksj gruppe;

5 5.1 Addisjon av H2 på bindinger
(3) Enantioselektiv hydrogenering (tidl, Fys Org kjemi; akryl syre, a-acetamid akryl estre) Rh katalysator med kirale fosfin ligander særlig binaftyldifosfiner, ex BINAP (o.a.): krav: metall må ha reaktivitet / kapasitet til å binde både H2 og alken (ligand) substrat; har ofte funksj gruppe, (syre) som kan koord selektivt til metall robust metode, brukt i stor skala industrielt, Ex: Mekanisme; for a,b-umettede karboksylsyrer (evt amid): typisk substrat: a-amidoakrylsyrer vil kunne gi aminosyrer, Ex: ligand subst kan ”tune” selektivitet, Ex: : enantiosel red av alkener uten funksjonalitet, særlig Ar-C=C, basert på steriske prinsipper Ir-baserte katalysatorer med COD og oxazolin fosfin ligander, Ex:

6 5.1 Addisjon av H2 på bindinger
(4) Delvis hydrogenering / reduksjon av alkyner Lindlar katalysator (heterogen): Pd-CaCO3-PbO; syn, gir Z-alken: også homogene Rh-kat brukes (5) Reduksjon av C=C ved hydrogen-overføring fra diimid, HN=NH (= ”H2” + N2) mekanisme; concerted, via syklisk TS, gir syn hydrogenering: selektiv, mer skånsom enn H2: - selektiv trans syklisk C=C red (mest spent, se under) - terminale H2C=C før indre C=C - red ikke CN, sulfid, NO2 (under) HN=NH ustabil; in situ generering ved: - dekomp av azodikarboksylsyre gir HN=NH + CO2, Ex: - termisk dekomp av TsNH-NH2, Ex: (NB, C-S-C binding ikke red) - ox av hydrazin med O2 ; Ex eller H2O2 Ex:

7 5.2 Katalytisk hydrogenering av C=O og andre grupper
Nitro, nitril, imin; godt egnet for kat. hydrogenering: de andre C=O grupper, inkl ketoner, langsom rx; reduseres best med hydrid reagenser men enantioselektiv keton red, chirale ligander: i) Ru-BINAP ligand Ex: ii) Ru-chirale diamin ligander; (favoris C=O > C=C), Mek; via 6-ring TS: Hydrogenolyse; fjerning av gruppe (erstattes med H) særlig arom halid og -OBn grupper ( Bn vanlig beskyttelses gruppe) Ex: Cbz; carbobenzyloxy; amin(osyre) beskyttelses gruppe fjernes med hydrogenolyse (tidl 3.5.2):

8 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser
Prinsipp; overføring av H- (hydrid) fra Al (ex LiAlH4) eller B (ex NaBH4) - en rekke ulike reagenser med ulik kjemoselektivitet kan benyttes: LiAlH4: kraftig reagens (NB ikke vann/ROH; tegn rx!!); brukes i THF, eter; reduserer keton, aldehyd, ester, amid, nitril, carboxylat NaBH4: mild, kan brukes i vann / ROH; reduserer bare keton / aldehyd Mekanisme: - C=O aktivering ved at Na+ /Li+ (Lewis syre) koordinerer til C=O - nukleofil B-H hydrid overføring til C=O; [  4x ] LiAlH4 mest reaktiv da Lewis syre styrke/hardhet: Li+ > Na+ (motsatt av str) - solvolyse (ROH) / hydrolyse (H2O) frigjør produkt; aldehyd gir prim alkohol keton gir sek alkohol - LiAlH4 red av ester (via aldehyd) gir prim alkohol: (avviker noe fra keton/aldehyd over): - LiAlH4 red av prim/sek amid (via imin) gir (prim/sek) amin: pga imin favorisert mlm prod: Ex sek amid gir sek amin; tegn ut!

9 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser
(1) Ulike hydrid overføringsreagenser; reaktivitet / selektivitet avhengig av: i) kation, ii) ligand To typer selektivitet; a) partiell reduksjon, b) mellom ulike grupper i) kation: økende Lewis syre styrke av kation gir øket reaktivitet; koord sterkere til C=O; Li+, Ca2+, Zn2+ > Na+ Ex: Ca2+/ Li+: ester - alkohol reduksjon (evt lakton - diol): Zn2+: amid / karboksylsyre – amin / alkohol red: - nyttig anvendelse: aminosyre red til aminoalkohol, Ex: ii) ligand: - Alkoksy: fremstilles fra ROH / godt løselig i org løsn.m. / gir partiell red (ex til aldehyd) - Nitril; NaBH3CN redusert reaktivitet; CN e-tiltr; red bare iminer - Alkyl; Na+ /Li+ /K+ -BH(R)3 = Selectrid, R = ex i-amyl, i-Bu; sterisk hindret, brukes for stereoselektiv red. Nøytrale reagenser; boran = BH alan = AlH3 - Alkylboran; sterisk hindring; gir partiell red; Ex: DIBAlH (ester/amid til aldehyd, se under) reagerer via Lewis syre-base kompleks - Diboran: B2H6; gir selektiv red av amid og karboksylsyrer (ikke estre) til ROH - Partiell/selektiv red av karboksylsyrer til aldehyd - Alkoksy subst: bulky, red reaktivitet, ex Red-Al: - Alkyl subst: bulky, red reaktivitet ex: DIBAlH (temp!): DIBAlH red også nitril til imin; hydrolyse gir aldehyd, Ex: : - via Weinreb amid; (via chelatert intermediat) gir aldehyd i motsetning til vanlig amid red til amin:

10 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser
Reduktiv aminering totalrx: alkylering av (prim) amin (via imininium ion): reduksjon av imin til amin; iminium ioner sel red til sek amin med NaBH3CN kombinert med likevekt amin+karbonyl / imin; NB; red i svakt surt miljø (hvorfor?): - Ti(O-iPr)4 additiv; unngår overskudd av amin for likevekt; gir Lewis syre kompleks m/imin - NaBH(OAc)3; Ex N-alkylering av aminosyre: - ZnBH4; +SiO2 el. ZnCl2; Ex: red aminering av arom aldehyd: reduksjon av amid til amin; - LiAlH4; gir ingen selektivitet (red. både amid + ester) - BH3 og AlH3; red selektivt amid, ikke estre, Ex: reduksjon av a,b-umettet karbonyl; 1,2-reduksjon, øket reaktivitet av C=O, red med Lewis syre; - NaBH4 + CeCl2 ; DIBAL; 9-BBN gir; allyl alkohol: 1,4-reduksjon; mettet alkohol (via enolat/keton), Ex: - LiAlH4; NaBH4 kan gi både 1,2- og 1,4-red. selektiv C=C red; - Cu hydrider; - Wilkinson’s kat / Et3SiH komb reagens, Ex: bare konj C=C: - (kat hydrogenering)

11 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser
(2) Stereoselektiv hydrid reduksjon av ketoner med evt chiralt senter; sykliske ketoner; - eq alkohol dannes med små hydrid reagenser; foretrukket pga lite spenning, Ex. NaBH4: - ax alkohol dannes ved steric approach control: både med bulky hydrid reagenser; H-B(alkyl)3: og for høyt substituerte ketoner ikke- sykliske ketoner (med chiralt senter); avh av subst på nabo-(chiralt)-senter; Felkins modell for TS; både steriske: og stereoelektroniske effekter: Ex: chelatering; med ekstra a- eller b-donor substituent (OH, OR, OBn) gir én foretrukket konformasjon; hydrid angrep fra sterisk minst hindret side, anti til chelatert subst.; Ex a-OH gir anti 1,2-diol: (Ex b-OH gir syn 1,3-diol:) (unntak1,3-diol) -BH(OAc)3), Ex: utskiftning OAc gir O-B-ligand og intramolek. H- angrep; anti 1,3-diol: - a- el b-donor substituent kan også være epoxyd eller sulfoxyd

12 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser
(3) Enantioselektiv karbonyl reduksjon kirale borohydrider, boraner; - alkylborohydrider, ex: - klorboraner, ex (Ipc)2BCl: - fremstilling fra terpener, reagerer via kiral syklisk (6-ring) TS ved eliminasjon (av H-B) / overføring av b-H: katalytisk red med kiralt CBS-oxazaborolidin (prolin derivat) (CBS= utviklet av Corey-Bakshi-Shibata) er en mer effektiv metode; 5-20 mol% oxazaborolidine + BH3, gir N+-boran addukt; katalytisk syklus; optimalisering av selektivitet kan oppnås ved å variere B-substituent, Ex. n-Bu; hva er feil i figur ? (mangler stereokjemi; mange steder i boken!!) Ex. CH2-TMS B-substituent (acyclisk med andre funksj. grupper): Ex. ingen B-subst (cyclisk keton): Mekanisme - chiral CPh2 gruppe i rigid ring bestemmer orientering av keton; str av B-subst avgjør enantiosel i 6-ring TS / stolform

13 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser
(4) Hydrid reduksjon av andre funksjonelle grupper Halid Reaktivitet, som i nukl subst; I > Br > Cl: Bn-, allyl- > prim (SN2) > sek > tert men i tillegg aromatiske halider, Ex: klassisk subst-rx ikke mulig Mekanisme: her: indikerer rad. mek; vinyl halider mister stereokjemi; forklarer også dannelse av syklisk prod, Ex: : Sulfonat Ex: red av -OTs, -OMs; Epoksyd; åpning gir alkohol: angrep ved minst hindret C, Ex: axial ringåpning (cyclohexan), Ex: gir ax OH: Acetylen; red med LiAlH4 (+ quenching med vann) gir E-alken, Ex: i motsetning til Z ved Lindlar partiell hydrog OH-acetylener reagerer lettere, antas pga O-kompleksering til Al (cycl mlm-prod)

14 5.4 Gruppe IV (Si, C) hydrid donor reagenser
Si-hydrider - red av tert. alkohol til hydrocarbon (sterk syre/ TFA gir god utg gruppe), Ex via tert carbocation: - arom aldehyd / keton til alkyl-Ar via benzylisk cation (vha sterk syre): (også Lewis syrer som TiCl4, BF3 brukes) Ex. Hvilket stabilt cation? Tegn ut! Prod? - reduktiv kondensasjon av Si-ether og C=O gir ethere, Ex: katalytisk syklus: NB, ulike funksjoner i) SiR”3-OTf(= kat) gir C=O silylering: RO-SiR”3, nucl angrep; oxonium ion, Si-O-Si elim: ii) HSiR”3 , hydrid-red: andre kat; TMS-I, Ex: Tegn ut tilsvarende! (ellers Lewis syrer; Cu(OTf)2, BiBr3, B(C6F6)3 ) C-hydrider; kun ved spesielle betingelser Meervein-Pondorff-Verley red; aldehyd / keton til alkohol: C-H-dannelse / C-H-brytning ved cyclisk TS: - Al-alkoxyd (OR = O-i-Pr) katalyserer overføring av hydrid, milde bet. - likevekt; drives mot høyre ved å dest av aceton - reversibel rx; Oppenauer ox ved overskudd keton

15 5.5 Reduksjon med stannaner (H. Radikal)
Dehalogenering med stannaner klassisk radikal mek vha initiator: - reaktivitet; R-I > -Br > -Cl > -F Ex partiell dehalogenering: Ex vanlig metode for dannelse av 5-ring laktoner, to trinn: Fra øving,: Initiator = AIBN = azoisobutyronitril: Me2C(CN)N=NCMe2(CN) Alkohol deoxygenering via thiono estre med stannaner: alkohol overføres til thiono ester / thiocarbonyl derivat; Ex to trinn via thiono carbonat: Mekanisme; radikal reaksjon gir alkyl radikal, R. Som reagerer med tin hydrid i) mono-dehalogenering (pga at Cl subst stabiliserer radikal; R.) ii) stereoselektiv (Cl fjernes fra minst sterisk hindret side; H/H)

16 5.6 Redukson med oppløst metall
Her; to måter: Addisjon av hydrogen (standard betingelser: Li/Na NH3, ROH) - Red av keton til alkohol via ketyl radikal (+ e, H+, e = ”H-”) - Red av a,b-enoner, konjugert reduksjon til enolat: (+ e, e, H+ = ”H-”) i) ved overskudd H+ donor fås mettet keton: ii) ”tandem” alkylering gir a-alkylert keton; Ex: Birch reduksjon: red av aromater, mek: (+ e, H+, e, H+ = ”H-H”) ROH er proton-kilde regiospesifikk; hhv 2,5- (e-don R) og 1,4-(e-tiltr R) produkter, Ex: : evt tandem alkylering: - red av alkyner; gir E-alken (tilsv hydrid-red / motsatt av Lindlar): Fjerning av funksjonelle grupper - Dehalogenering (+ e, - X-, + e, + H+; dvs erstatte –X m/ -H): - Fjerning av a-subst til C=O: Zn ; 2e-reduksjon; Ex, - OAc: Al-Hg er milde, fjerner sel. O- og S-grupper a til C=O, Ex:

17 5.8 Reduktiv eliminering Reduktiv eliminering
typiske substrater har: en potensiell utg gruppe b (Y) til et senter med carbanion karakter (X; som kan genereres ved red); ”2e”, concerted mek vil gi trans elim): (+ 2e, - X -, - Y-) (Ex, under) Ex: red debromering av vic dibromider (+ e, - Br -, +e, - Br -); dvs SET og rotasjon, ikke concerted; E-alken: klassisk red middel; Zn (o.a.) reduktiv deoxygenering, transformasjon av diol til alken, Ex: via thiono carbonat, med triethylphosphitt (PEt3); elim av CO2 og S=PR3 ex: også via cyclisk sulfat:

18 Retrosyntese, Kap. 5: i) ii) iii) iv) v) vi) vii) viii)


Laste ned ppt "5.4. Group IV Hydride Donors"

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google