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RIDUZIONI - Coggle Diagram
RIDUZIONI
- Idruro di litio alluminio (LiAlH4): Un forte agente riducente.
- Deve essere utilizzato in solventi aprotici come Et2O o THF.
- La riduzione di esteri ad alcoli 1° (RCOOR’ → RCH2OH) e la riduzione di ammidi ad ammine 1° (RCONH2 → RCH2NH2) richiede due idruri.
- La riduzione degli acidi carbossilici ad alcoli 1° (RCOOH → RCH2OH) consuma tre idruri.
- Il reagente viene solitamente utilizzato in eccesso.
- Diisobutilalluminio idruro — i-Bu2AlH: L'idruro di diisobutilalluminio (DIBAL o DIBAL-H) è un agente riducente commerciale (in solventi idrocarburici).
- Riduzione di esteri ad aldeidi: A bassa temperatura (–78 °C), con DIBAL la riduzione può essere fermata dopo il trasferimento di un idruro al carbonio carbonilico.
- Riduzione di lattoni a lattoni (emiacetali ciclici): Un intermedio tetraedrico stabile è più probabile nella riduzione dei lattoni.
- Riduzione di nitrili ad aldeidi: Il trattamento di nitrili (R-CN) con un equivalente di DIBAL a –78°C seguito da workup idrolitico fornisce le corrispondenti aldeidi (R-CHO).
- Riduzione di esteri vinilici ad alcoli allilici: DIBAL è l'agente di scelta per questa riduzione regioselettiva.
- Riduzione di chetoni prochiali utilizzando riducenti chirali in cui le porzioni organiche chirali sono legate al boro o a un idruro metallico.
- Alpine-Borane: Riduce aldeidi, α-cheto esteri e chetoni acetilenici con eccellente enantiosellettività.
- B-Clorodiisopinocampheilborano: Eccellenti reagenti per la riduzione enantioselettiva di aril- e alchil-chetoni, chetoni ciclici, α-cheto esteri e α,β-chetoni insaturi.
- BINAL-H: Utilizzato in eccesso triplo per ottenere una selettività ottimale.
- Idruro di litio alluminio (LiAlH4 o LAH): È un agente riducente molto potente ma non molto chemoselettivo e deve essere usato in solventi aprotici come Et2O o THF.
- La riduzione di esteri ad alcoli 1° (RCOOR’ → RCH2OH) e la riduzione di ammidi ad ammine 1° (RCONH2 → RCH2NH2) richiede due idruri.
- La riduzione degli acidi carbossilici ad alcoli 1° (RCOOH → RCH2OH) consuma tre idruri.
- Il reagente viene solitamente utilizzato in eccesso. Per decomporre qualsiasi eccesso di Al–H, si aggiunge prima acetato di etile, seguito da metanolo e quindi H2O.
- Sodio bis(2-Metossietossi)alluminio idruro — Na[AlH2(OCH2CH2OCH3)2] — Red-Al®: Un agente riducente versatile e disponibile in commercio.
- Termicamente più stabile di LAH e può essere utilizzato in idrocarburi aromatici così come in solventi eterei.
- Le proprietà riducenti sono simili a quelle di LAH (riduzioni di aldeidi, chetoni, esteri, ecc.) con l'unica differenza che non riduce i nitrili alifatici.
- Sodio cianoboroidruro (NaBH3CN): Agente riducente in condizioni acide.
- Usato per amminazione riduttiva di aldeidi e chetoni.
- Adatto per la deossigenazione tramite riduzione di tosil idrazone.
- Borano tetraidrofurano e borano dimetilsolfuro — BH3•THF, BH3•SMe2: Il borano — B2H6 (gas) può essere "maneggiato" come un liquido complessandolo con Et2O, THF o dimetil solfuro (DMS).
- Riduce lentamente gli esteri e non tocca i cloruri acilici.
- Il gruppo carbonilico basico di Lewis forma un complesso con l'orbitale p vuoto del borano acido di Lewis.
- Litio trialcossido alluminio idruro (Li[AlH(OR)3] con R = Et, t-Bu): La reattività/selettività di LAH è modificata sostituendo tre dei suoi idruri con gruppi t-butossido o etossido.
- Litio tri-t-butossido alluminio idruro: È un agente riducente chemoselettivo che riduce prontamente aldeidi e chetoni ai corrispondenti alcoli 1° e 2°. Non riduce (o solo lentamente) epossidi, esteri, acidi carbossilici, ammidi terziarie e nitrili. È meno reattivo ma più selettivo di LAH.
- Litio trietossi alluminio idruro: È un agente riducente più potente del Li[AlH(Ot-Bu)3] e riduce ammidi terziarie e nitrili ad aldeidi.
- α,β-aldeidi e chetoni insaturi: La riduzione degli α,β-aldeidi e chetoni insaturi può avvenire tramite addizioni 1,2- o 1,4-, con conseguente formazione dei corrispondenti alcoli allilici o aldeidi e chetoni saturi, rispettivamente.
- Addizione 1,2: i-Bu2AlH, 9-BBN e CeCl3-NaBH4 in metanolo (reagente di Luche) favoriscono l'addizione 1,2. Il reagente di Luche è particolarmente adatto per le riduzioni selettive di α,β-aldeidi e chetoni insaturi ai corrispondenti alcoli allilici.
- Addizione 1,4: La riduzione regioselettiva 1,4 si ottiene usando NaBH4 in presenza di acido acetico e Pd/C catalitico.
Gli agenti riducenti sono sostanze che donano elettroni ad altre specie chimiche, causando la loro riduzione. Diversi agenti riducenti esibiscono proprietà riducenti caratteristiche verso gruppi funzionali specifici.
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- Litio trietossi alluminio idruro − Li[AlH(OEt)3]: Un agente riducente più potente di Li[AlH(Ot-Bu)3]. Riduce ammidi terziarie e nitrili ad aldeidi.
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- Gli idruri di boro nucleofili esibiscono proprietà riducenti caratteristiche verso gruppi funzionali che dipendono dal catione metallico e dai ligandi.
- Tutti i boroidruri riducono aldeidi e chetoni; la riduzione di esteri e acidi carbossilici ad alcoli primari richiede reagenti specifici.
- Sodio boroidruro — NaBH4: Agente riducente blando e selettivo, e la sua manipolazione non richiede precauzioni speciali. Gli acidi carbossilici, gli esteri e le epossidi sono inerti a questo reagente.
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- A differenza degli agenti riducenti nucleofili, che reagiscono velocemente con gruppi carbonilici carenti di elettroni, la reattività degli agenti riducenti elettrofili come R2AlH e BH3 è caratterizzata dal loro coordinamento con l'ossigeno carbonilico prima del trasferimento di idruro che favorisce le riduzioni di gruppi carbonilici ricchi di elettroni.
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- L'idrogenazione catalitica viene spesso scelta come metodo per la riduzione a causa della sua chemoselettività per i doppi legami C=C e i legami C–X benzilici rispetto ai gruppi C=O.
- Reazione di Rosenmund: non è una riduzione del C=O ma un'idrogenolisi di un C–Cl di cloruri acilici aldeidi.
- Catalizzatore di Lindlar: Utilizzato per l'idrogenazione di tripli legami a alcheni Z.
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- La riduzione di Birch comporta l'aggiunta di due elettroni a un anello aromatico, seguita dalla protonazione per formare un diene 1,4-cicloesadieno non coniugato.
- I metalli alcalini come litio, sodio e potassio vengono utilizzati come fonte di elettroni in ammoniaca liquida con un alcool come donatore di protoni.
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Le reazioni di accoppiamento incrociato catalizzate dal palladio possono essere utilizzate anche per riduzioni, ad esempio, per l'idrogenolisi di eteri benzilici e ammine.
Gli idruri di alluminio sono agenti riducenti utilizzati in chimica organica per la riduzione di diversi gruppi funzionali. La velocità di riduzione e la chemoselettività di un agente riducente verso un dato substrato dipendono da vari fattori, tra cui la natura del catione metallico, la sostituzione degli idrogeni dell'agente riducente e il mezzo di reazione.
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- Sodio bis(2-Metossietossi)alluminio idruro (Na[AlH2(OCH2CH2OCH3)2] o Red-Al®): È un agente riducente versatile e disponibile in commercio. È termicamente più stabile di LAH e può essere utilizzato in idrocarburi aromatici così come in solventi eterei. Nel complesso, le proprietà riducenti di Red-Al sono simili a quelle di LAH (riduzioni di aldeidi, chetoni, esteri, ecc), con l'unica differenza che non riduce i nitrili alifatici.
I boroidruri sono agenti riducenti che contengono un atomo di boro legato a uno o più atomi di idrogeno. Sono usati per ridurre vari gruppi funzionali in chimica organica. Le proprietà riducenti dei boroidruri dipendono dal catione metallico e dai ligandi. Tutti i boroidruri sono in grado di ridurre aldeidi e chetoni. Tuttavia, per la riduzione di esteri e acidi carbossilici ad alcoli primari sono necessari reagenti specifici.
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- Boroidruro di sodio (NaBH4): è un agente riducente blando e selettivo. Non richiede particolari precauzioni nella manipolazione. Acidi carbossilici, esteri ed epossidi sono inerti a questo reagente. NaBH4, in presenza di I2, riduce gli acidi carbossilici ai corrispondenti alcoli 1° (RCOOH → RCH2OH). Questo metodo è usato principalmente per la conversione di amminoacidi in amminoalcoli.
- Boroidruro di litio (LiBH4): è un reagente solido disponibile in commercio che si decompone rapidamente quando esposto all'aria umida. Può essere preparato da NaBH4 e LiBr in Et2O o in THF. Il catione Li+ è un acido di Lewis più forte di Na+. Il suo coordinamento con il gruppo carbonilico aumenta l'elettrofilia del carbonio carbonilico, facilitando così il trasferimento di idruro. LiBH4 è un agente riducente più potente di NaBH4 e riduce gli esteri ad alcoli 1° (RCOOR' → RCH2OH), ma è non reattivo verso le ammidi.
- Trialchilboroidruri di litio o potassio (LiR3BH o KR3BH): i tre gruppi alchilici in LiR3BH conferiscono una maggiore nucleofilicità all'idruro. Di conseguenza, sono agenti riducenti più potenti di LiBH4. Riducono rapidamente e quantitativamente RCHO, RCOR' e RCOOR' → RCH2OH (anche a –78°C). LiEt3BH (superidruro) è il più usato. Riduce gli alogenuri alchilici 1° (RCH2Br) e i tosilati (RCH2OTs) ai corrispondenti idrocarburi in modo più efficace di LiAlH4. Gli epossidi vengono facilmente scissi per dare alcoli mediante attacco dell'idruro al carbonio meno sostituito.
- Cianoboroidruro di sodio (NaBH3CN): la presenza del gruppo ciano elettron-attrattore rende NaBH3CN meno nucleofilo e quindi più selettivo di NaBH4. La sua utilità come agente riducente è dovuta alla sua stabilità a basso pH (fino a pH 3). È solubile in una varietà di solventi: H2O, ROH, THF; ma è insolubile in Et2O e solventi idrocarburici. In condizioni neutre in H2O o MeOH, la riduzione di RCHO e R2CO è trascurabile. Tuttavia, in soluzione acida, si verifica la riduzione del carbonile. È possibile ridurre selettivamente un gruppo RCHO in presenza di un gruppo R2CO o quest'ultimo in presenza di un gruppo RCOOR'. Gruppi funzionali come RCONH2, –C≡N, –NO2 sono inerti al reagente. Poiché la riduzione di un sale di imminio da parte di NaBH3CN avviene più facilmente della riduzione di un gruppo carbonilico, NaBH3CN è un reagente di scelta per l'amminazione riduttiva di aldeidi e chetoni. La riduzione in situ di tosilidrazoni da parte di NaBH3CN fornisce un metodo efficiente per la deossigenazione di composti carbonilici per fornire i corrispondenti idrocarburi.
- Triacetossiboroidruro di sodio (Na[BH(OAc)3]): questo reagente è un'alternativa più sicura a NaBH3CN per l'amminazione riduttiva. Il triacetossiboroidruro di sodio (commerciale) e potassio (non commerciale ma preparato sciogliendo il KBH4 commerciale in acido acetico) riducono il gruppo RCHO più reattivo in presenza del gruppo R2CO.
- Boroidruro di zinco (Zn(BH4)2): non è commerciale ma viene preparato da NaBH4 e ZnCl2 per transmetallazione. Come Na/K[BH(OAc)3], riduce chemoselettivamente RCHO rispetto a R2CO (anche α,β-insaturo). Non si sviluppa HCN durante il workup.
Le riduzioni regioselettive si riferiscono a reazioni in cui un agente riducente reagisce preferenzialmente con una specifica posizione o gruppo funzionale all'interno di una molecola, quando sono possibili più siti di reazione. La regioselettività è un aspetto importante nella sintesi organica, in quanto permette di controllare il sito in cui avviene la trasformazione chimica, ottenendo il prodotto desiderato con elevata selettività.
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- Protezione e deprotezione: La regioselettività può essere raggiunta proteggendo selettivamente alcuni gruppi funzionali all'interno di una molecola prima di eseguire una reazione di riduzione. In questo modo, si assicura che l'agente riducente reagisca solo con il gruppo funzionale desiderato. La protezione di gruppi amminici (NH) può essere ottenuta tramite carbammati. Il gruppo protettivo può essere rimosso selettivamente in un secondo momento (deprotezione).
- Controllo della chemoselettività tramite gruppi protettori: La scelta appropriata del gruppo protettore è cruciale per ottenere la chemoselettività desiderata.
- Effetti sterici e elettronici: La diastereoselettività nelle riduzioni di chetoni ciclici con idruri nucleofili dipende dall'ingombro sterico del C=O e dalla natura dell'agente riducente nucleofilo.
- Addizioni controllate dalla chelazione: Le addizioni nucleofile a composti carbonilici chirali contenenti un gruppo α-alcossi, α-idrossi e α-ammino in grado di formare un chelato con reagenti organometallici portano a un'elevata diastereoselettività.
- β-idrossi chetoni: Gli alchil dialchilborani (R'OBR2) interagiscono con i β-idrossi chetoni per formare intermedi chelati di boro che, in seguito alla riduzione, danno i dioli 1,3-sin.
- Organoborani: Per massimizzare l'utilizzo di gruppi alchilici importanti, l'idroborazione dell'alchene viene realizzata con 9-BBN.
- Allilsilani: Gli allilsilani reagiscono con gli elettrofili con maggiore regioselettività rispetto ai vinilsilani.
- Vinilsilani: I vinilsilani offrono una via regio- e stereoselettiva agli alcheni. Reagiscono con gli elettrofili in un processo regioselettivo in cui il silicio viene sostituito dall'elettrofilo all'atomo ipso.
In sintesi, la regioselettività nelle riduzioni è influenzata da diversi fattori, tra cui la scelta dell'agente riducente, le condizioni di reazione, la presenza di gruppi protettori e gli effetti sterici ed elettronici all'interno della molecola. Comprendere e controllare questi fattori è essenziale per ottenere la regioselettività desiderata nelle reazioni di riduzione.
L'idrogenazione catalitica è un metodo di riduzione che utilizza idrogeno molecolare in presenza di un catalizzatore per ridurre specifici gruppi funzionali. Questo processo è spesso scelto per la sua chemoselettività verso i doppi legami C=C e i legami benzilici C–X rispetto ai gruppi C=O.
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- Chemioadsorbimento dissociativo di H2 sul catalizzatore.
- Coordinazione dell'alchene sulla superficie del catalizzatore.
- Addizione di due atomi di idrogeno al legame π attivato in modo syn.
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- Per idrogenazioni a bassa pressione (1–30 atm), vengono utilizzati Pt, Pd, Rh, Ru. La reattività segue l'ordine: Pt > Pd > Rh ∼ Ru.
- Per idrogenazioni ad alta pressione (100–300 atm), il Ni è solitamente il metallo di scelta.
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- Platino (Pt): Metallo piroforico; preparato in situ mediante riduzione di PtO2 (catalizzatore di Adams) in presenza di H2.
- Palladio (Pd): Disponibile come deposito metallico sulla superficie di un supporto inerte come il carbone.
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L'attività di un dato catalizzatore generalmente aumenta passando da un solvente neutro a uno polare a uno acido. EtOAc, EtOH e HOAc sono i solventi più frequentemente utilizzati per le idrogenazioni a bassa pressione.
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- I catalizzatori Pt e Pd non riescono a ridurre i gruppi RCOOR′, RCOOH e RCONH2.
- Pd è solitamente più selettivo di Pt.
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In generale, l'idrogenazione avviene mediante un'addizione syn di idrogeno al lato meno impedito del doppio legame.
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È possibile idrogenare i doppi legami in presenza di aldeidi. Anche gli anelli aromatici possono essere ridotti mediante idrogenazione.
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Il clorotris(trifenilfosfina)rodio (catalizzatore di Wilkinson) è tra i catalizzatori più efficienti che consentono l'idrogenazione in soluzione omogenea.
- I doppi legami cis sono idrogenati più velocemente dei doppi legami trans.
- I doppi legami terminali sono idrogenati più rapidamente dei doppi legami più sostituiti.
- Poca idrogenolisi di eteri e ammine alliliche o benziliche.
- R–C≡N, R–NO2, R–Cl, R–O–R, RCOOH, RCOOR′ e R2C=O non vengono ridotti.
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Il legame idrogeno intramolecolare o la chelazione da parte di funzionalità adiacenti, come un gruppo ossidrilico, possono dirigere l'approccio di un catalizzatore metallico per favorire l'idrogenazione di una faccia π diastereotopica rispetto a un'altra.
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I metalli del gruppo 1, come il sodio o il litio, cedono prontamente il loro singolo elettrone del guscio esterno mentre si dissolvono in solventi come l'ammoniaca liquida o l'etanolo. Gli elettroni (gli agenti riducenti più semplici) ridurranno principalmente la densità elettronica orto e meta.
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Il punto chiave è che l'ammina benzilica si coordina con il catalizzatore metallico tramite l'anello aromatico ricco di elettroni. Il legame C–N è ora vicino agli atomi di idrogeno legati al palladio e viene ridotto. A causa della necessità di una coordinazione iniziale con il catalizzatore, possono essere ridotti solo i legami C–X benzilici o allilici, ma X può essere ossigeno o azoto.
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L'idrogenazione di un triplo legame a un alchene Z utilizzando il catalizzatore di Lindlar consente l'idrogenazione degli alchini ad alcheni, piuttosto che degli alcheni ad alcani. Il catalizzatore di Lindlar è un catalizzatore al palladio (Pd/CaCO3) deliberatamente avvelenato con piombo (Pb).