Reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley - Meerwein–Ponndorf–Verley reduction

Reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley
Lleva el nombre de Hans Meerwein
Wolfgang Ponndorf
Albert Verley
Tipo de reacción Reacción redox orgánica
Identificadores
Portal de química orgánica meerwein-ponndorf-verley-reducción
ID de ontología RSC RXNO: 0000089

La reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV) en química orgánica es la reducción de cetonas y aldehídos a sus correspondientes alcoholes utilizando catálisis de alcóxido de aluminio en presencia de un alcohol de sacrificio. Las ventajas de la reducción de MPV residen en su alta quimioselectividad y en el uso de un catalizador metálico económico y ecológico.

Reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley
Figura 1, Intercambio de estados de oxidación de carbonilo en presencia de isopropóxido de aluminio.

La reducción de MPV fue descubierta por Meerwein y Schmidt, y por separado por Verley en 1925. Descubrieron que una mezcla de etóxido de aluminio y etanol podía reducir los aldehídos a sus alcoholes. Ponndorf aplicó la reacción a las cetonas y actualizó el catalizador a isopropóxido de aluminio en isopropanol .

Mecanismo

Se cree que la reducción de MPV pasa por un ciclo catalítico que implica un estado de transición de anillo de seis miembros como se muestra en la Figura 2. Comenzando con el alcóxido de aluminio 1 , se coordina un oxígeno de carbonilo para lograr el intermedio 2 de aluminio tetracoordinado . Entre los intermedios 2 y 3, el hidruro se transfiere al carbonilo desde el ligando alcoxi mediante un mecanismo pericíclico . En este punto, el nuevo carbonilo se disocia y da la especie de aluminio tricoordinado 4 . Finalmente, un alcohol de la solución desplaza el carbonilo recién reducido para regenerar el catalizador 1 .

Ciclo catalítico de reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley
Figura 2, Ciclo catalítico de la reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley

Cada paso del ciclo es reversible y la reacción es impulsada por las propiedades termodinámicas de los intermedios y los productos. Esto significa que, con el tiempo, se favorecerá el producto más estable termodinámicamente.

Se han propuesto varios otros mecanismos para esta reacción, incluido un mecanismo de radicales así como un mecanismo que involucra una especie de hidruro de aluminio . La transferencia directa de hidruros es el mecanismo comúnmente aceptado respaldado recientemente por datos experimentales y teóricos.

Quimioselectividad

Uno de los grandes atractivos de la reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley es su quimioselectividad . Los aldehídos se reducen antes que las cetonas, lo que permite cierto control sobre la reacción. Si es necesario reducir un carbonilo en presencia de otro, se pueden emplear los grupos protectores de carbonilo comunes. Los grupos, como los alquenos y alquinos, que normalmente plantean un problema para la reducción por otros medios, no tienen reactividad en estas condiciones.

Estereoselectividad

La reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley a base de aluminio se puede realizar en cetonas proquirales que conducen a alcoholes quirales . Las tres formas principales de lograr la reducción asimétrica son mediante el uso de una fuente de hidruro de alcohol quiral, el uso de una reducción de MPV intramolecular o el uso de un ligando quiral en el alcóxido de aluminio.

Un método para lograr la reducción asimétrica de MPV es con el uso de alcoholes donantes de hidruro quiral. El uso de alcohol quiral (R) - (+) - sec - o -bromofen-alcohol etílico dio 82% de ee (porcentaje de exceso enantiomérico ) en la reducción de 2-cloroacetofenona. Esta enantioselección se debe a la estérica de los dos grupos fenol en el estado de transición de seis miembros como se muestra en la Figura 3. En la Figura 3, 1 se ve favorecido sobre 2 debido al gran efecto estérico en 2 de los dos grupos fenilo .

Reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley con alcohol quiral
Figura 3, Estados de transición de la reducción de MPV con un alcohol quiral

El uso de una reducción de MPV intramolecular puede proporcionar una buena enantiopuridad. Al atar la cetona a la fuente de hidruro, solo es posible un estado de transición (Figura 4) que conduce a la reducción asimétrica. Este método, sin embargo, tiene la capacidad de sufrir la oxidación inversa de Oppenauer debido a la proximidad de los dos reactivos. Por tanto, la reacción transcurre en equilibrio termodinámico con la relación de los productos en relación con sus estabilidades relativas. Una vez realizada la reacción, se puede eliminar la porción de fuente de hidruro de la molécula.

Reducción intramolecular de Meerwein-Ponndorf-Verley
Figura 4, Estado de transición de la reducción de MPV intramolecular

Los ligandos quirales del alcóxido de aluminio pueden afectar el resultado estereoquímico de la reducción del MPV. Este método conduce a la reducción de acetofenonas sustituidas en hasta un 83% ee (Figura 5). El atractivo de este método es que utiliza un ligando quiral en lugar de una fuente estequiométrica de quiralidad. Recientemente se ha demostrado que la baja selectividad de este método se debe a la forma del estado de transición. Se ha demostrado que el estado de transición es un estado de transición planar de seis miembros. Esto es diferente al modelo de Zimmerman-Traxler que se cree como estado de transición.

Reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley con ligando quiral
Figura 5, reacción de MPV con ligando quiral

Alcance

Varios problemas restringen el uso de la reducción Meerwein-Ponndorf-Verley en comparación con el uso de otros agentes reductores. El control estereoquímico está seriamente limitado. A menudo, se necesita una gran cantidad de alcóxido de aluminio cuando se usa un reactivo comercial, y existen varias reacciones secundarias conocidas.

Si bien se dispone de isopropóxido de aluminio comercial, su uso a menudo requiere cargas de catalizador de hasta 100-200% en moles. Esto dificulta el uso de la reducción de MPV en escala. Trabajos recientes han demostrado que los alcóxidos de aluminio elaborados in situ a partir de reactivos de trimetil aluminio tienen una actividad mucho mejor y requieren tan solo un 10% de carga. Se cree que la diferencia de actividad se debe al gran estado de agregación del producto disponible comercialmente.

Se sabe que ocurren varias reacciones secundarias. En el caso de cetonas y especialmente aldehídos se han observado condensaciones aldólicas . Los aldehídos sin α-hidrógenos pueden sufrir la reacción de Tishchenko . Finalmente, en algunos casos el alcohol generado por la reducción puede deshidratarse dando un carbono alquilo .

Variaciones

La reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley se ha utilizado recientemente en la síntesis de aminas quirales a partir de cetiminas utilizando un alcóxido quiral. La adición de un grupo fosfinoílo al nitrógeno de la cetimina permitió una alta enantioselectividad de hasta 98% ee.

Se ha trabajado en el uso de lantánidos y metales de transición para la reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley. Tanto el rutenio como el samario han mostrado altos rendimientos y alta estereoselectividad en la reducción de carbonilos a alcoholes. Sin embargo, se ha demostrado que el catalizador de rutenio atraviesa un intermedio de hidruro de rutenio. La reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley también se ha efectuado con rendimiento sintéticamente útil mediante isopropóxido de plutonio (III).

La reducción estándar de MPV es una reacción homogénea. Se han desarrollado varias reacciones heterogéneas.

Ver también

Referencias