Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

1 5.1. Addition of Hydrogen at Carbon-Carbon Multiple Bonds 5.1.1. Hydrogenation Using Heterogeneous Catalysts 5.1.2. Hydrogenation Using Homogeneous Catalysts.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "1 5.1. Addition of Hydrogen at Carbon-Carbon Multiple Bonds 5.1.1. Hydrogenation Using Heterogeneous Catalysts 5.1.2. Hydrogenation Using Homogeneous Catalysts."— Utskrift av presentasjonen:

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 Kapittel 5 Reduksjon av C-C multiple bindinger, C=O grupper og andre grupper

2 2 5.1 Addisjon av H 2 på bindinger 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 H 2 eller e - - fjerne O eller andre e-neg subst typiske reagenser; H 2 (kat), H - (B-/Al-hydrid), H. (radikal/ Si, C, Sn) temaer her:- heterogen / homogen katalysator, - enantioselektiv hydrogenering - delvis red av alkyner - reduksjon vha diimider katalysator; overgangsmetallene Pd, Pt, Ru, Rh, Ni heterogen kat; ads på C eller Al 2 O 3, Ex: homogen kat; løselige komplekser, Ex:

3 3  (1) Hydrogenering med heterogen katalysator Mekanisme: i) både H 2 (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 (+ NH 2, 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  -allyl complex) 5.1 Addisjon av H 2 på bindinger

4 4  (2) Hydrogenering med homogen katalysator Wilkinson’s katalysator: (Ph 3 P) 3 Rh(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 NO 2: ii) bare ukonjugerte dbl-bind (mest e-rik) : Crabtree katalysator ; [R 3 P-Ir(COD)py] PF 6 ( eller BF 4 ) (COD = cyclooctadien) stereoselektivitet styrt av funksj grupper (som tidl); subst-dirigert hydrogenering, Ex H 2 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; 5.1 Addisjon av H 2 på bindinger

5 5  (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 H 2 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: 5.1 Addisjon av H 2 på bindinger

6 6  (4) Delvis hydrogenering / reduksjon av alkyner Lindlar katalysator (heterogen): Pd-CaCO 3 -PbO; syn, gir Z-alken: også homogene Rh-kat brukes  (5) Reduksjon av C=C ved hydrogen-overføring fra diimid, HN=NH (= ”H 2 ” + N 2 ) mekanisme; concerted, via syklisk TS, gir syn hydrogenering: selektiv, mer skånsom enn H 2 : - selektiv trans syklisk C=C red (mest spent, se under) - terminale H 2 C=C før indre C=C - red ikke CN, sulfid, NO 2 (under) HN=NH ustabil; in situ generering ved: - dekomp av azodikarboksylsyre gir HN=NH + CO 2, Ex: - termisk dekomp av TsNH-NH 2, Ex: (NB, C-S-C binding ikke red) - ox av hydrazin med O 2 ; Ex eller H 2 O 2 Ex:

7 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: Ex:  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 8 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser  Prinsipp; overføring av H - (hydrid) fra Al (ex LiAlH 4 ) eller B (ex NaBH 4 ) - en rekke ulike reagenser med ulik kjemoselektivitet kan benyttes: LiAlH 4 : kraftig reagens (NB ikke vann/ROH; tegn rx!!); brukes i THF, eter; reduserer keton, aldehyd, ester, amid, nitril, carboxylat NaBH 4 : 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 ] LiAlH 4 mest reaktiv da Lewis syre styrke/hardhet: Li + > Na + (motsatt av str) - solvolyse (ROH) / hydrolyse (H 2 O) frigjør produkt; aldehyd gir prim alkohol - keton gir sek alkohol - LiAlH 4 red av ester (via aldehyd) gir prim alkohol: (avviker noe fra keton/aldehyd over): - LiAlH 4 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 9  (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 +, Ca 2+, Zn 2+ > Na + Ex: Ca 2+ / Li + : ester - alkohol reduksjon (evt lakton - diol) : Zn 2+ : 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; NaBH 3 CN 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 3 alan = AlH 3 - Alkylboran; sterisk hindring; gir partiell red; Ex: DIBAlH ( ester/amid til aldehyd, se under) reagerer via Lewis syre-base kompleks - Diboran: B 2 H 6 ; 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: 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser

10 10  Reduktiv aminering totalrx: alkylering av (prim) amin (via imininium ion): reduksjon av imin til amin; iminium ioner sel red til sek amin med NaBH 3 CN 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: - ZnBH 4 ; +SiO 2 el. ZnCl 2 ; Ex: red aminering av arom aldehyd:  reduksjon av amid til amin; - LiAlH 4 ; gir ingen selektivitet (red. både amid + ester) - BH 3 og AlH 3 ; red selektivt amid, ikke estre, Ex:  reduksjon av a,b-umettet karbonyl; 1,2-reduksjon, øket reaktivitet av C=O, red med Lewis syre; - NaBH 4 + CeCl 2 ; DIBAL; 9-BBN gir; allyl alkohol: 1,4-reduksjon; mettet alkohol (via enolat/keton), Ex: - LiAlH 4 ; NaBH 4 kan gi både 1,2- og 1,4-red. selektiv C=C red; - Cu hydrider; - Wilkinson’s kat / Et 3 SiH komb reagens, Ex: bare konj C=C: - (kat hydrogenering) 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser

11 11  (2) Stereoselektiv hydrid reduksjon av ketoner med evt chiralt senter ; sykliske ketoner; - eq alkohol dannes med små hydrid reagenser; foretrukket pga lite spenning, Ex. NaBH 4 : - 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 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser

12 12  (3) Enantioselektiv karbonyl reduksjon kirale borohydrider, boraner; - alkylborohydrider, ex: - klorboraner, ex (Ipc) 2 BCl: - 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 + BH 3, 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. CH 2 -TMS B-substituent (acyclisk med andre funksj. grupper): Ex. ingen B-subst (cyclisk keton): 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser Mekanisme - chiral CPh 2 gruppe i rigid ring bestemmer orientering av keton; - str av B-subst avgjør enantiosel i 6-ring TS / stolform

13 13  (4) Hydrid reduksjon av andre funksjonelle grupper - Halid -Reaktivitet, som i nukl subst; I > Br > Cl: Bn-, allyl- > prim (S N 2) > 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 LiAlH 4 (+ 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) 5.3 Gruppe III (B,Al) hydrid donor reagenser

14 14  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 TiCl 4, BF 3 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, BiBr 3, B(C 6 F 6 ) 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 5.4 Gruppe IV (Si, C) hydrid donor reagenser

15 15  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: Me 2 C(CN)N=NCMe 2 (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 5.5 Reduksjon med stannaner (H. Radikal) i) mono-dehalogenering (pga at Cl subst stabiliserer radikal; R. ) ii) stereoselektiv (Cl fjernes fra minst sterisk hindret side; H/H)

16 16 Her; to måter:  Addisjon av hydrogen (standard betingelser: Li/Na NH 3, 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: 5.6 Redukson med oppløst metall

17 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 (PEt 3 ); elim av CO 2 og S=PR 3 ex: også via cyclisk sulfat:

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


Laste ned ppt "1 5.1. Addition of Hydrogen at Carbon-Carbon Multiple Bonds 5.1.1. Hydrogenation Using Heterogeneous Catalysts 5.1.2. Hydrogenation Using Homogeneous Catalysts."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google